[go: up one dir, main page]

CN113277482A - 一种可调控超导电性和电荷密度波的新型过渡金属碲化物及其制备方法 - Google Patents

一种可调控超导电性和电荷密度波的新型过渡金属碲化物及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113277482A
CN113277482A CN202110538313.2A CN202110538313A CN113277482A CN 113277482 A CN113277482 A CN 113277482A CN 202110538313 A CN202110538313 A CN 202110538313A CN 113277482 A CN113277482 A CN 113277482A
Authority
CN
China
Prior art keywords
superconductivity
charge density
quartz tube
cuir
transition metal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110538313.2A
Other languages
English (en)
Inventor
罗惠霞
曾令勇
佳玛
何溢懿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sun Yat Sen University
Original Assignee
Sun Yat Sen University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sun Yat Sen University filed Critical Sun Yat Sen University
Priority to CN202110538313.2A priority Critical patent/CN113277482A/zh
Publication of CN113277482A publication Critical patent/CN113277482A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B19/00—Selenium; Tellurium; Compounds thereof
    • C01B19/007—Tellurides or selenides of metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/40—Electric properties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/42—Magnetic properties

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

本发明设计一系列化学通式为CuIr2‑ xAuxTe4(0≤x≤0.2)的量子材料及其制备方法，属于量子功能材料制造技术领域。其制备方法是传统高温固相法，通过将相应化学计量比的Cu，Ir，Au，Te粉体充分研磨混合后抽真空密封在石英管中，然后把密封的装有原材料的真空石英管放入炉子中，850℃烧结120h，得到CuIr2‑xAuxTe4(0≤x≤0.2)的多晶粉末。通过综合物理性能测试系统(PPMS)测量其电导率、磁性性质、上下临界场等物理性质，深入探讨目标产物的超导电性和电荷密度波相变的基本性质，并建立起具体的掺杂浓度与各自超导电性和电荷密度波相变的关系图。通过XRD数据拟合分析其晶体结构。通过合成此类化合物超导材料，为过渡金属碲化物超导材料的家族增加了新的成员。

Description

一种可调控超导电性和电荷密度波的新型过渡金属碲化物及 其制备方法
技术领域
本发明属于量子功能材料制造技术领域，具体涉及一系列化学通式CuIr2-xAuxTe4(0≤x≤0.2)的具有丰富量子态的新型过渡金属碲化物及其制备方法。
背景技术
超导是物理学中最迷人的宏观量子现象之一，超导材料是指具有在一定温度条件下(一般为较低温度)呈现出电阻等于零并且排斥磁力线性质的材料，因具有完全电导性、完全抗磁性及通量量子化的奇特性质。然而对于寻找室温超导体和超导机理的探索依然还有很长的路。高温超导体中通常存在繁多而又复杂的竞争量子态和结构序，并且各种量子态和结构序之间又相互影响。因此理解这些量子态和结构序对高温超导的探索是十分必要的。电荷密度波是指晶体中出现的电荷密度的周期性波动。在金属的基态，传导电子的电荷密度在空间受正弦调制。这个附加调制的周期与晶格周期无关，而是由传导电子在动量空间的费米面的面积来决定。
层状过渡金属硫化物(TMDs)由于具有可调带隙和丰富的物理性质，长期以来引起了诸如能源、传感、电子和环境等众多研究领域学者的兴趣。特别是电荷密度波(CDW)与超导电性(SC)之间的相互作用，已成为凝聚态物理的重要研究课题之一，并且超导电性和电荷密度波的转变温度可以通过化学掺杂和高压等方法来调控。目前已发现的具有层状结构的过渡金属硫化物同时具有超导电性及电荷密度波相变，如典型的2H-NbSe2，2H-TaSe2等过渡金属二硫化物；或者可以通过化学掺杂或物理压力抑制这些母体(如1T-TiSe2，1T-TaS2)的电荷密度波相变，从而出现超导电性。尽管过渡金属硫化物超导材料的探索研究取得了重要的进展，但是目前这个系统中的诸多问题仍待解决，如超导温度普遍偏低(大部分过渡金属层状硫化物超导体的转变温度在2K左右)，电荷密度波的形成机制与超导的竞争关系等。因此，开发新型的过渡金属硫化物超导体仍是该领域的一大挑战。
准二维CuIr2Te4化合物同时具有电荷密度波相变和超导电性，其电荷密度波相变温度大约在250K，超导转变温度在2.5K左右。化学掺杂是调控超导电性和电荷密度波的常见方法。因此，我们通过使用Au掺杂CuIr2Te4化合物的Ir元素，可以获得CuIr2-xAuxTe4(0≤x≤0.2)化合物，并系统研究其超导电性和电荷密度波随掺杂浓度的变化。
发明内容
本发明旨在利用金(Au)取代CuIr2Te4层状化合物的铱(Ir)，调控母体材料的超导电性及电荷密度波相变，将获得一系列新超导材料化合物及新量子态。
为达上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种可调控超导电性和电荷密度波的新型过渡金属碲化物及其制备方法，其特征在于具有以下化学通式：
CuIr2-xAuxTe4(0≤x≤0.2)
一种可调控超导电性和电荷密度波的新型过渡金属碲化物及其制备方法，其特征在于具有以下的工艺和步骤：
(1)按照相应的化学计量比称量对应的Cu，Ir，Au和Te，将原料混合后并充分研磨，研磨后的粉体置于石英管中，在真空系统下抽至真空度为1×10-5Torr，用乙炔火焰进行封管密封；
(2)随后将密封好的石英管置于850℃的箱式炉中煅烧120h，随后打开石英管后将得到的粉末充分研磨；
(3)将步骤(2)中充分研磨后的粉末压片，将压好的片放入石英管中，再次抽真空到1×10-5Torr，用乙炔火焰进行封管密封；
(4)将步骤(3)密封好的石英管再次置于800℃的箱式炉中煅烧240h，随后打开石英管得到CuIr2-xAuxTe4(0≤x≤0.2)样品。
(5)随后应用X射线粉末衍射(PXRD)确定样品各组分的纯度后，利用Fullprof软件的Structural Mode拟合得到相应组分的晶体结构和晶格常数；
(6)最后通过综合物理测试系统(PPMS)来测试得到样品的物理性质：主要包括电导率、磁性性质、上下临界场等，最终确定样品的超导电性和电荷密度波相变。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述得到新型的CuIr2-xAuxTe4(0≤x≤0.2)化合物，对揭示晶体结构、相变结构及电子能带结构的变化对超导电性及电荷密度波的影响规律和揭示超导电性与电荷密度波不稳定性的竞争机制上有着重要的指导作用；
(2)本发明所述的一种可调控超导电性和电荷密度波的新型过渡金属碲化物，制备过程十分简单，制备条件要求低；
(3)本发明所述的制备方法制备的多晶材料分布均匀，在空气中测试稳定，易于保存；
(4)本发明所述的制备方法制备的CuIr2-xAuxTe4(0≤x≤0.2)化合物具有丰富的量子态：首先通过掺杂Au可以抑制电荷密度波相变，提升Tc，掺杂浓度为0.015时超导转变温度达到最大值2.96K随后降低；当掺杂浓度达到0.03的时候，又出现了超导电性和电荷密度波共存；掺杂浓度大于0.04时，超导电性消失，电荷密度波相变温度随掺杂浓度的增大而增大。
附图说明
图1为本发明所述方法制备的一系列CuIr2-xAuxTe4(0≤x≤0.2)XRD图谱、晶体结构和晶胞参数；
图2为本发明所述方法制备的一系列CuIr2-xAuxTe4(0≤x≤0.2)多晶材料的电导率曲线图；
图3为本发明所述方法制备的一系列CuIr2-xAuxTe4(0≤x≤0.2)多晶材料的磁化率曲线图；
图4为本发明所述方法制备的CuIr1.985Au0.015Te4多晶材料的热容曲线图。
图5为本发明所述方法制备的一系列CuIr2-xAuxTe4(0≤x≤0.2)多晶样品的掺杂浓度与超导转变温度和电荷密度波相变温度的具体电子相图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明做进一步阐明，但本发明所述的保护范围不限于所示内容。
实施例1：
精确称量0.0198g Cu，0.1186g Ir，0.1607g Te和0.009gAu原料，充分研磨后置于石英管中，将装有充分研磨的原料的石英管抽至真空度为1×10-5Torr，并以乙炔火焰进行封管密封；随后将封好的石英管置于850℃的箱式炉中煅烧120h，随后打开石英管后将得到的粉末充分研磨后压片；将压好的片再次置于石英管中，将石英管抽至真空度为1×10- 5Torr，并以乙炔火焰进行封管密封；随后将封好的石英管再次置于800℃的箱式炉中煅烧240h，得到CuIr1.985Au0.015Te4样品；然后利用X射线粉末衍射(PXRD)确定样品的纯度后；最后将通过物理综合测试系统(PPMS)来测试得到的多晶样品材料的物理性质：主要包括电导率、磁化率、上下临界场等，最终确定目标产物的超导电性和电荷密度波相变的相关物理性质。
实施例2：
精确称量0.0198g Cu，0.1165g Ir，0.1607g Te和0.0031g Au原料，充分研磨后置于石英管中，将装有充分研磨的原料的石英管抽至真空度为1×10-5Torr，并以乙炔火焰进行封管密封；随后将封好的石英管置于850℃的箱式炉中煅烧120h，随后打开石英管后将得到的粉末充分研磨后压片；将压好的片再次置于石英管中，将石英管抽至真空度为1×10- 5Torr，并以乙炔火焰进行封管密封；随后将封好的石英管再次置于800℃的箱式炉中煅烧240h，得到CuIr1.95Au0.05Te4样品；然后利用x射线粉末衍射(PXRD)确定样品的纯度后；最后将通过物理综合测试系统(PPMS)来测试得到的多晶样品材料的物理性质：主要包括电导率、磁化率、上下临界场等，最终确定目标产物的超导电性和电荷密度波相变的相关物理性质。
实施例3：
精确称量0.0198g Cu，0.1135g Ir，0.1606g Te和0.0061g Au原料，充分研磨后置于石英管中，将装有充分研磨的原料的石英管抽至真空度为1×10-5Torr，并以乙炔火焰进行封管密封；随后将封好的石英管置于850℃的箱式炉中煅烧120h，随后打开石英管后将得到的粉末充分研磨后压片；将压好的片再次置于石英管中，将石英管抽至真空度为1×10- 5Torr，并以乙炔火焰进行封管密封；随后将封好的石英管再次置于800℃的箱式炉中煅烧240h，得到CuIr1.9Au0.1Te4样品；然后利用X射线粉末衍射(PXRD)确定样品的纯度后；最后将通过物理综合测试系统(PPMS)来测试得到的多晶样品材料的物理性质：主要包括电导率、磁化率、上下临界场等，最终确定目标产物的超导电性和电荷密度波相变的相关物理性质。
实施例4：
精确称量0.0197g Cu，0.1075g Ir，0.1605g Te和0.0122Au原料，充分研磨后置于石英管中，将装有充分研磨的原料的石英管抽至真空度为1×10-5Torr，并以乙炔火焰进行封管密封；随后将封好的石英管置于850℃的箱式炉中煅烧120h，随后打开石英管后将得到的粉末充分研磨后压片；将压好的片再次置于石英管中，将石英管抽至真空度为1×10- 5Torr，并以乙炔火焰进行封管密封；随后将封好的石英管再次置于800℃的箱式炉中煅烧240h，得到CuIr1.8Au0.2Te4样品；然后利用X射线粉末衍射(PXRD)确定样品的纯度后；最后将通过物理综合测试系统(PPMS)来测试得到的多晶样品材料的物理性质：主要包括电导率、磁化率、上下临界场等，最终确定目标产物的超导电性和电荷密度波相变的相关物理性质。
评价实验：
本发明所述的制备方法制备的CuIr1.985Au0.015Te4样品的超导转变温度Tc为2.96K。本发明所述一系列CuIr2-xAuxTe4(0≤x≤0.2)为过渡金属碲化物超导材料的家族增加了新的成员，为研究进一步研究超导电性和电荷密度波的竞争机制提供理想的材料平台，有助于人们理解高温铜基和铁基超导的磁性与超导的竞争机制，并有望使用剥离方法获得纳米层状材料并进一步制备超导器件。

Claims (5)

1.一系列可调控超导电性和电荷密度波的新型过渡金属碲化物，其特征在于具有以下的化学式：
CuIr2-xAuxTe4(0≤x≤0.2)。
2.一种可调控超导电性和电荷密度波的新型过渡金属碲化物及其制备方法，其特征在于具有以下的工艺和步骤：
(1)按照相应的化学计量比称量对应的Cu，Ir，Au和Te，将原料混合后并充分研磨，研磨后的粉体置于石英管中，在真空系统下抽至真空度为1×10-5Torr，用乙炔火焰进行封管密封；
(2)随后将密封好的石英管置于850℃的箱式炉中煅烧120h，随后打开石英管后将得到的粉末充分研磨；
(3)将步骤(2)中充分研磨后的粉末压片，将压好的片放入石英管中，再次抽真空到1×10-5Torr，用乙炔火焰进行封管密封；
(4)将步骤(3)密封好的石英管再次置于800℃的箱式炉中煅烧240h，随后打开石英管得到CuIr2-xAuxTe4(0≤x≤0.2)样品。
(5)随后应用X射线粉末衍射(PXRD)确定样品各组分的纯度后，利用Fullprof软件的Structural Mode拟合得到相应组分的晶体结构和晶格常数；
(6)最后通过综合物理测试系统(PPMS)来测试得到样品的物理性质：主要包括电导率、磁性性质、上下临界场等，最终确定样品的超导电性和电荷密度波相变。
3.根据权利要求2-(2)所述的850℃煅烧程序：升温1℃/min，在850℃下保温7200min，保温结束后随炉冷却。
4.根据权利要求2-(4)所述的800℃煅烧程序：升温3℃/min，在800℃下保温14400min，保温结束后随炉冷却。
5.根据权利1-2中所述的方法制备得到可调控超导电性和电荷密度波的新型过渡金属碲化物及有望剥离成纳米超导材料进一步被制备成超导器件，应用于电力通讯、高新技术装备和军事装备等方面的用途。
CN202110538313.2A 2021-05-10 2021-05-10 一种可调控超导电性和电荷密度波的新型过渡金属碲化物及其制备方法 Pending CN113277482A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110538313.2A CN113277482A (zh) 2021-05-10 2021-05-10 一种可调控超导电性和电荷密度波的新型过渡金属碲化物及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110538313.2A CN113277482A (zh) 2021-05-10 2021-05-10 一种可调控超导电性和电荷密度波的新型过渡金属碲化物及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113277482A true CN113277482A (zh) 2021-08-20

Family

ID=77279509

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110538313.2A Pending CN113277482A (zh) 2021-05-10 2021-05-10 一种可调控超导电性和电荷密度波的新型过渡金属碲化物及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113277482A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113725360A (zh) * 2021-09-02 2021-11-30 中国人民解放军国防科技大学 基于二硫化钽电荷密度波相变的热场晶体管及其制备方法
CN118835309A (zh) * 2024-07-02 2024-10-25 中国科学技术大学 基于过渡金属元素或硫族元素掺杂获得堆垛超晶格的方法及应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3773909A (en) * 1971-09-20 1973-11-20 Eastman Kodak Co Chalcogenide spinel powders
US5051397A (en) * 1988-11-25 1991-09-24 Hitachi, Ltd. Joined body of high-temperature oxide superconductor and method of joining oxide superconductors
TW200929623A (en) * 2007-12-07 2009-07-01 Idemitsu Kosan Co Amorphous transparent conductive film for gallium nitride compound semiconductor light-emitting device
US20160181607A1 (en) * 2014-12-23 2016-06-23 Sharp Kabushiki Kaisha Layered oxide materials for batteries
US20160181608A1 (en) * 2014-12-23 2016-06-23 Sharp Kabushiki Kaisha Layered oxide materials for batteries
CN110767375A (zh) * 2019-10-13 2020-02-07 中山大学 一种新型准二维碲化物超导材料及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3773909A (en) * 1971-09-20 1973-11-20 Eastman Kodak Co Chalcogenide spinel powders
US5051397A (en) * 1988-11-25 1991-09-24 Hitachi, Ltd. Joined body of high-temperature oxide superconductor and method of joining oxide superconductors
TW200929623A (en) * 2007-12-07 2009-07-01 Idemitsu Kosan Co Amorphous transparent conductive film for gallium nitride compound semiconductor light-emitting device
US20160181607A1 (en) * 2014-12-23 2016-06-23 Sharp Kabushiki Kaisha Layered oxide materials for batteries
US20160181608A1 (en) * 2014-12-23 2016-06-23 Sharp Kabushiki Kaisha Layered oxide materials for batteries
CN110767375A (zh) * 2019-10-13 2020-02-07 中山大学 一种新型准二维碲化物超导材料及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DONG YAN ET AL.: ""CuIr2Te4: A Quasi-Two-Dimensional Ternary Telluride Chalcogenide Superconductor"", 《ARXIV PREPRINT》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113725360A (zh) * 2021-09-02 2021-11-30 中国人民解放军国防科技大学 基于二硫化钽电荷密度波相变的热场晶体管及其制备方法
CN118835309A (zh) * 2024-07-02 2024-10-25 中国科学技术大学 基于过渡金属元素或硫族元素掺杂获得堆垛超晶格的方法及应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wu et al. Transport properties and superconductivity in Ba1-xMxFe2As2 (M= La and K) with double FeAs layers
Bringley et al. Structure and properties of the LaCuO 3− δ perovskites
CN113277482A (zh) 一种可调控超导电性和电荷密度波的新型过渡金属碲化物及其制备方法
KR20210062550A (ko) 초전도체를 포함하는 저저항 세라믹화합물의 제조방법 및 그 화합물
CN104851967B (zh) 一种c轴取向铋铜硒氧基氧化物热电薄膜及其制备方法
Chen et al. Changing the Ca2+ ion ratio to modulate the temperature coefficient of resistivity (TCR) of La1-xCaxMnO3 films prepared by the sol-gel spin coating method
CN102203005A (zh) 铁系超导物质
Wang et al. The structure, magnetic properties, magnetotransport and temperature coefficient of resistivity of hexagonal 4H-SrMnO3 manganite
Antal et al. Influence of annealing in oxygen and argon on the superconducting properties of Li-doped YBCO single-grain bulks
CN110615412A (zh) 一种新型准二维Ru掺杂含碲超导材料及其制备方法
Mohamed et al. Effect of the partial substitution of K on the structural, magnetic and magnetocaloric properties of brownmillerite oxides La1− x K x SrMn2O5+ δ (0.1≤ x≤ 0.3)
CN113773082A (zh) 一种新型Pt掺杂尖晶石结构超导材料及其制备方法
Jendrzejewska et al. Synthesis and structural, magnetic, thermal and electronic properties of Mn-doped ZnCr2Se4
Yang et al. Structural, electrical, and magnetic properties of bulk Nd1-xSrxNiO3 (x= 0–0.3)
CN113277481A (zh) 一种具有多重量子态和多样晶体结构的新型过渡金属碲化物及其制备方法
Kawaguchi et al. Crystal structure and superconducting properties of KSr2Nb3O10
Hong et al. Thermal decomposition of precursor of SmBiO3 buffer layer for YBCO high-temperature superconducting tape
Huang et al. Pursuing insulator-to-metal transition in Sr2Ir1-xMxO4 (M= Li, Zn, Sc) solid solutions
CN113371686A (zh) 一种新型准二维硒掺杂含碲超导材料及其制备方法
CN113371766A (zh) 一种具有丰富量子态的新型过渡金属硫化物及其制备方法
CN113371685A (zh) 一种新型含铟过渡金属碲化物超导材料及其制备方法
CN100475704C (zh) 三重价态钙钛矿型锰氧化物薄膜材料及其制备和应用
CN114753004A (zh) 一种低成本制备高性能Weyl半金属NbPx多晶块体的方法
Chen et al. Pressure-Induced Superconductivity at 18.2 K in CuIr2S4
Keenari Study of reduction process on perovskite nickelates and its derivatives: a bulk and thin film approach

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20210820