Ni-S二元化合物及Bi2-xPbxNi3Ch2(Ch=S,Se)体系的研究

摘要

本论文对超导体的发展历史、分类和应用进行了概要介绍，并对硫属化物超导体的研究现状进行了综述。实验工作的研究重点是Ni-S二元化合物及Bi2-xPbxNi3Ch2(Ch=S，Se)体系的合成、结构和物理性能，主要研究内容和结果如下：
　　 1、利用固相反应方法合成了Ni3S2、ε-NiS、δ-NiS、NiS2和Ni9S8，并进行了室温以下的电阻和磁化率测量。其中Ni9S8的电阻和磁化率性质尚未见文献报道。分析表明：Ni3S2、ε-NiS和Ni9S8表现金属性，NiS2在30K附近表现金属一半导体转变；Ni9S8的磁化率与温度关系遵循居里-外斯定理。
　　 2、利用可控温通气氛的杂化微波加热技术，成功合成了Ni3S2、ε-NiS、δ-NiS和NiS2，通过变温XRD衍射和电阻率及磁化率对样品进行了表征。Ni3S2单相样品表现顺磁金属性。微波方法合成的δ-NiS在150～260K温区表现负热膨胀性；且其金属-非金属(顺磁-反铁磁)相变温区有一定展宽，其原因可能是晶粒细化效应。与其它合成技术相比，可控温杂化微波加热技术不仅节能省时，设备简单，而且适用范围广；特别是该技术可以加热很难吸收微波的反应物，也能制备容易氧化的样品。
　　 3、利用固相反应方法，对Tc约为0.7K的超导化合物Bi2Ni3Ch2(Ch=S，Se)进行了Bi位Pb元素的掺杂研究，结果表明875K随炉冷却的PbBiNi3S2样品发生抗磁性转变但没有测到零电阻。通过XRD衍射、电阻和磁化率对在775K退火处理的样品进行了表征，并利用点阵参数法进行了固溶度测定。
　　 结果表明在Bi2-xPbxNi3S2中，Pb的固溶度x=1.3；而在Pb2-yBiyNi3S2中，Bi的固溶度y=0.2；Pb掺杂使Bi2Ni3S2的晶体点阵参数a、c减小，晶胞在c轴方向收缩，层间距变小；当x<0.5时，晶体点阵参数b随着Pb含量的增加而减小，当x>0.5时，b随着掺杂量的增加而逐渐增大。在固溶体Bi2-xPbxNi3Se2中，Pb的固溶度x=1.0；Pb掺杂使Bi2Ni3Se2的晶体点阵参数a减小，b、c随着Pb含量的增加而增大；使晶胞沿c轴方向拉伸，增大了层间距，提高了Bi2Ni3Se2的二维特性。
　　 Bi2-xPbxNi3Ch2(Ch=S，Se)体系在5K以上均表现自旋玻璃行为，且自旋冻结温度Tf随着掺杂量的增加而逐渐升高。