基于5d电子的新型超导材料及其自旋-轨道耦合引起的新物理

菜单

基于5d电子的新型超导材料及其自旋-轨道耦合引起的新物理非中心对称超导材料 PbTaSe2中存在向上弯曲的上临界场和呈V形的压强和Tc关系摘要通过电阻率的测量（最低测量温度为0.5K）得到非中心对称超导材料 PbTaSe2中温度变化与上临界场的关系。在低于TC的整个温度范围内，Hc2-T图像呈明显的向上弯曲的正曲率关系。在温度范围为5K≤T≤350内Seebeck系数S（T）符号为负，随着温度变化幅度小且与温度呈非线性关系。超导的转变温度TC在高压下呈非单调性，0-1Gpa随着压强的增大而下降，大于1Gpa又随之增大。下面将讨论这些发现下的物理机制。47499

The temperature evolution of the upper critical field Hc2(T) in the noncentrosymmetric PbTaSe2 superconductor was determined via the resistivity measurements down to 0.5 K. A pronounced positive curvature in the Hc2-T diagram was observed in the whole temperature range below Tc . The seebeck coefficient S(T) in the temperature range 5K≤T≤350K was found to be negative in sign, modest in magnitude and non-linear in temperature. Moreover, the superconducting transition temperature Tc under the hydrostatic pressure shows marked non-monotonic dependence, decreasing initially with the applied pressure up to Pc~1 Gpa but rising with further pressurization. The physical mechanisms underlying all these findings have been discussed.

毕业论文关键词：非中心对称材料PbTaSe2；正曲率；高压下非单调

Keyword: noncentrosymmetric PbTaSe2; positive curvature; non-monotonic dependence

一、研究背景 4

1.1超导 4

1.2强自旋-轨道耦合和拓扑绝缘体 4

1.3非中心对称材料PbTaSe2 5

二、研究内容和步骤 6

2.1固相合成法 6

2.2 PbTaSe2的制备 6

2.3 XRD 8

三、实验结论 9

一、研究背景

1.1超导

超导是一种宏观量子现象,费米面上动量相反的电子配成对,同时建立长程的位相相干进而发生凝聚, 其结果是超导体在临界温度下电阻的消失(零电阻)和对磁力线的排斥(完全抗磁性)。在正常金属中,电子在一个充满各种振动的背景中运动, 最普通的是晶格的振动。晶格的振动模可以被一种称为“声子”的元激发进行描述。电子和声子碰撞后损失了动能进而导致能量的损耗。这也就是正常金属在有限温度下电阻的来源。然而在零温极限下所有的振动模式都停止了(不计量子涨落), 所以一个干净的系统中能量的损耗和电阻率都是为零的。对于一个超导体而言, 费米面上的电子两两吸引形成束缚对, 这种束缚的电子对被称为库珀对。库珀对服从玻色统计,在临界温度(Tc)下发生凝聚。这种凝聚态具有很长的相干长度,因而对晶格振动导致的局域散射不敏感,所以输运上并不损耗能量,电阻率可以在较高温度(Tc 以下)保持为零。与此同时,Ⅱ类超导体具有在很高的磁场下承载巨大电流密度的优越性能,人们因此对高临界温度的新超导体充满了期望。

超导材料是在低温条件下能出现超导电性的物质。超导材料最独特的性能是电能在输送过程中几乎不会损失。近年来,随着材料科学的发展,超导材料的性能不断优化,实现超导的临界温度也越来越高。一旦室温超导体达到实用化、工业化,将对现代文明社会中的科学技术产生深刻的影响。