FeSe超导体烧结成相过程及反应机理

摘要

铁基超导中的FeSe超导材料由于结构简单、制备容易，且不含有毒元素，成为研究铁基超导机理的最佳体系，同时也为研究超导机制提供了新的思路。目前人们对FeSe的研究主要集中于提高超导性能，在成相过程及机理方面比较欠缺。本实验通过差热分析、扫描电镜等分析手段对未掺杂FeSe和Te掺杂FeSe的成相过程、生长方式进行研究并利用多重速率扫描法中的FWO法对初始阶段的反应机理进行动力学分析。所得主要结论如下：
　　 在球磨预处理过程中，Fe-Se粉末中大部分Se会非晶化。在随后的烧结过程中，Fe-Se混合粉末先后经历FeSe2，Fe3Se4和α-FeSe等中间相后最终生成β-FeSe超导相。β-FeSe超导相的生长方式为二维形核生长机制下的层状生长。
　　 Fe-Se混合粉末初始反应过程的最概然机理函数为G(a)：2[-1n(1-a)]1/2，表明该反应的动力学模型为随机成核和随后生长，且每个颗粒上只有一个核心。计算得到激活能和指前因子均随转变分数的升高而降低。
　　 对Fe-Se-Te混合粉末球磨处理后，大部分Se进入Te的晶格中。Fe-Se-Te混合粉末在烧结过程中，除了形成FeSe2，Fe3Se4等中间相，还会生成FeTe1.45中间相，最终生成的FeSe0.5Te0.5超导相的生长方式同样为二维形核生长机制下的层状生长。对比发现，Te掺杂能够提高烧结样品中四方晶体超导相的比例。
　　 Te掺杂后Fe-Se初始阶段的反应机理变为二维的相边界反应，对应的机理函数积分表达式为G(a)=2[1-(1-a)1/2]。Te掺杂后激活能和指前因子均随转变分数增长而增大，其值均高于Fe-Se体系。