專利名稱：一種鐵砷化合物高溫超導(dǎo)體晶體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵砷化物高溫超導(dǎo)體晶體及其常壓和高壓下制備 方法。
基本技術(shù)介紹
自從鐵基超導(dǎo)體LaFeOAs(L-26K)發(fā)現(xiàn)以來[Y. Kamihara， et al. J. Am. Chem. Soc. 128， 10012 (2006)]， 一系列稀土四元磷族氧化物 ReFeAsO (Re=Ce， Pr. Nd， Sm，…)超導(dǎo)體被發(fā)現(xiàn)，并且超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度 迅速提高到55K。最近，M. Rotter等人發(fā)現(xiàn)了一種新的ThCr2Si廣型空 穴"^參雜的三元鐵砷化物(Ba， K)Fe2As2超導(dǎo)體，T。達(dá)到38K。 4失砷化物超 導(dǎo)體呈現(xiàn)出繼銅氧化物超導(dǎo)體發(fā)現(xiàn)22年后的另 一大類高溫超導(dǎo)材料。 鐵砷化物的超導(dǎo)電性與其層狀結(jié)構(gòu)相關(guān)，F(xiàn)eAs層被認(rèn)為對超導(dǎo)性起著 重要作用，類似于銅氧化物高溫超導(dǎo)體的Cu0,平面。與強(qiáng)關(guān)聯(lián)電荷轉(zhuǎn) 移型Mott銅氧化物母體相比較，鐵砷化物母體相是巡游的金屬/半金 屬化合物，呈現(xiàn)泡利順磁行為。因此，擁有較高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的鐵砷 化物對傳統(tǒng)的電聲耦合BCS理論提出了挑戰(zhàn)。尋找結(jié)構(gòu)簡單含有FeAs
物理意義。
發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的之一在于提供一種鐵砷化物L(fēng)ixFeAs 高溫超導(dǎo)體晶體。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種鐵砷化物L(fēng)ixFeAs高溫超導(dǎo)體晶 體的高溫高壓制備方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種鐵砷化合物高溫超導(dǎo)晶體，其化 學(xué)式為LiJeAs，其中0<x<2, x表示原子百分比含量。
進(jìn)一步，所述鐵砷化合物高溫超導(dǎo)體晶體的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為8-30K。進(jìn)一步，所述鐵砷化合物高溫超導(dǎo)體晶體的空間群為P4/nmm，晶 格常數(shù)為a=3. 30-3. 9A, c=6. 0-6. 8A。本發(fā)明 一種鐵砷化合物高溫超導(dǎo)晶體的制備方法，具體步驟包括 l)在常壓下，制備FeAs前驅(qū)體樣品；2 )將前驅(qū)體FeAs和Li按1: x ( 0<x<2 )的摩爾比在惰性氣體中稱 量、混合研磨、壓片，裝入氧化鋁坩堝，用金箔或鉭箔包裹，并封裝 在BN管內(nèi)，然后置于高壓組裝件內(nèi)的石墨爐中，進(jìn)行高壓合成，其中 高壓合成的壓力為0. 5 - 6GPa，溫度為600 - 1000°C,保溫時(shí)間20分 鐘以上，得到LixFeAs高溫超導(dǎo)體晶體。進(jìn)一步，步驟2)中的高壓合成壓力為l-4GPa。進(jìn)一步，步驟2)中的高壓合成壓力為1. 5-3GPa。進(jìn)一步，步驟2)中的加熱溫度為650 -IOO(TC。進(jìn)一步，步驟2)中的加熱溫度為750 - 900°C。進(jìn)一步，步驟l)制備FeAs前驅(qū)體的具體步驟為采用常壓下固相 反應(yīng)方法，將99. 9°/?；蛞陨霞兌鹊腇e和As粉末以1: 1的摩爾比在充有 氬氣的手套箱中混合、研磨、壓片，然后密封在真空石英管中，在95(TC 的條件下燒結(jié)，保溫48小時(shí)，得到單相的FeAs化合物。進(jìn)一步，步驟2)制備LLFeAs高溫超導(dǎo)體晶體的具體步驟為將合 成的前驅(qū)體FeAS按上述的摩爾比在充有氬氣的手套箱中稱量、混合、 均勻研磨；然后壓成直徑5mm的小圓片，用金箔包裹，并封裝在 08X15mm的BN圓柱內(nèi)；將壓好的樣品放入石墨爐，裝入高壓組裝件 內(nèi)進(jìn)行高壓合成，樣品合成在六面頂大壓機(jī)上進(jìn)行，先在室溫下緩慢 升壓至2GPa，再啟動(dòng)加熱程序加熱至700 - 950°C，在高溫高壓條件下 保溫20 - 150分鐘，淬火至室溫，然后卸壓。進(jìn)一步，在高壓實(shí)驗(yàn)前首先進(jìn)行溫度和壓力的標(biāo)定，并用控制加 熱功率的方法控制加熱溫度。本發(fā)明LiJeAs高溫超導(dǎo)體晶體采用高溫高壓合成方法，可以制 備出此種Li,FeAs高溫超導(dǎo)體晶體，此種結(jié)構(gòu)簡單含有FeAs層的鐵砷 化物超導(dǎo)體對研究其鐵砷化物超導(dǎo)體的超導(dǎo)機(jī)制具有重要的物理意 義。
圖1是本發(fā)明的高壓制備的LixFeAs的X射線衍射圖譜； 圖2是本發(fā)明的高壓制備的LixFeAs的直流磁化率與溫度的關(guān)系曲 線圖3是本發(fā)明的高壓制備的LLFeAs的電阻與溫度的關(guān)系曲線圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1利用高溫高壓方法合成LixFeAs高溫超導(dǎo)體晶體。 FeAs前驅(qū)體樣品的制備
采用常壓下固相反應(yīng)方法，將99. 9°/。純度的Fe和As粉末以1: 1的 摩爾比混合、研磨、壓片，并封裝在真空石英管中，在950。C的條件下 燒結(jié)，保溫48小時(shí)，可制備單相的FeAs化合物。
LLFeAs超導(dǎo)晶體的制備
通過改變鋰含量，進(jìn)行LLFeAs晶體的制備。將FeAs和Li按l: x的摩爾比"=0. 4)在充有氬氣的手套箱中稱量、混合、均勻研磨。 然后壓成直徑5隨的小圓片，用金蕩包裹，并封裝在08xl5mm的BN 管內(nèi)。將壓好的樣品放入石墨爐，裝入高壓組裝件內(nèi)進(jìn)行高壓合成。 樣品合成在六面頂大壓機(jī)上進(jìn)行，高壓實(shí)驗(yàn)前首先進(jìn)行溫度和壓力的 標(biāo)定，用控制加熱功率的方法控制加熱溫度。先在室溫下緩慢升壓至 1.5GPa,再啟動(dòng)加熱程序加熱至800。C,在高溫高壓條件下保溫40分 鐘，淬火至室溫，然后卸壓，得到LixFeAs晶體樣品。
對樣品進(jìn)行X射線衍射測量，結(jié)果如圖1所示，結(jié)果證實(shí)樣品為 單相的LiJeAs晶體，經(jīng)指標(biāo)化可知其空間群為P4/nmm，晶胞常數(shù)為 a=3. 77A， c=6. 35 A。同時(shí)對其^f茲化率和電阻率隨溫度的變化ii行了測 量，結(jié)果示于圖2和圖3中，由圖1和圖2可知，該LLFeAs晶體的超 導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為18K左右。
實(shí)施例2利用高溫高壓方法合成LixFeAs高溫超導(dǎo)體晶體。
FeAs前驅(qū)體樣品的制備與實(shí)施例1相同。
LixFeAs晶體的制備
通過改變鋰含量，進(jìn)行LixFeAs晶體的制備。將FeAs和Li按1: x 的摩爾比(x = 0. 8)在充有氬氣的手套箱中稱量、混合、均勻研磨、壓片。然后壓成直徑5mm的小圓片，用金箔包裹，并封裝在①8xl5mm 的BN管內(nèi)。將壓好的樣品放入石墨爐，裝入高壓組裝件內(nèi)進(jìn)行高壓合 成。樣品合成在六面頂大壓機(jī)上進(jìn)行，高壓實(shí)驗(yàn)前首先進(jìn)行溫度和壓 力的標(biāo)定，用控制加熱功率的方法控制加熱溫度。先在室溫下緩慢升 壓至2GPa，再啟動(dòng)加熱程序加熱至850。C，在高溫高壓條件下l呆溫50 分鐘，淬火至室溫，然后卸壓，同樣得到LixFeAs晶體樣品。實(shí)施例3利用高溫高壓方法合成LLFeAs高溫超導(dǎo)體晶體。FeAs前驅(qū)體樣品的制備與實(shí)施例1相同。LixFeAs晶體的制備通過改變鋰含量，進(jìn)行Li,FeAs晶體的制備。將FeAs和Li按l:x 的摩爾比(x = 0.6)在充有氬氣的手套箱中稱量、混合、均勻研磨。 然后壓成直徑5mm的小圓片，用金箔包裹，并封裝在(D8xl5mm的BN 管內(nèi)。將壓好的樣品放入石墨爐，裝入高壓組裝件內(nèi)進(jìn)行高壓合成。 樣品合成在六面頂大壓機(jī)上進(jìn)行，高壓實(shí)-瞼前首先進(jìn)行溫度和壓力的 標(biāo)定，用控制加熱功率的方法控制加熱溫度。先在室溫下緩慢升壓至 3GPa，再啟動(dòng)加熱程序加熱至950。C,在高溫高壓條件下保溫80分鐘， 淬火至室溫，然后卸壓，同樣得到LixFeAs晶體樣品。實(shí)施例4利用高溫高壓方法合成LixFeAs高溫超導(dǎo)體晶體。FeAs前驅(qū)體樣品的制備與實(shí)施例1相同。LixFeAs晶體的制備通過改變鋰含量，進(jìn)行LixFeAs晶體的制備。將FeAs和Li按1: x 的摩爾比(x = 0.9)在充有氬氣的手套箱中稱量、混合、均勻研磨。 然后壓成直徑5mm的小圓片，用金箔包裹，并封裝在08x15mm的BN 管內(nèi)。將壓好的樣品放入石墨爐，裝入高壓組裝件內(nèi)進(jìn)行高壓合成。 樣品合成在六面頂大壓機(jī)上進(jìn)行，高壓實(shí)-瞼前首先進(jìn)行溫度和壓力的 標(biāo)定，用控制加熱功率的方法控制加熱溫度。先在室溫下緩慢升壓至 4GPa，再啟動(dòng)加熱程序加熱至900。C,在高溫高壓條件下保溫120分鐘， 淬火至室溫，然后卸壓，同樣得到LixFeAs晶體樣品。
權(quán)利要求
1.一種鐵砷化合物高溫超導(dǎo)晶體，其化學(xué)式為LixFeAs，其中0＜x＜2，x表示原子百分比含量。
2. 如權(quán)利要求l所迷的一種4失砷化合物高溫超導(dǎo)晶體，其特征在于，所 迷鐵砷化合物高溫超導(dǎo)體晶體的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為S - 30K。
3. 如權(quán)利要求l所述的一種鐵砷化合物高溫超導(dǎo)晶體，其特征在于，所 迷鐵砷化合物高溫超導(dǎo)體晶體的空間群為P4/n咖，晶格常數(shù)為 a=3, 30-3. 9A， c-6. 0-6. 8A。
4. —種如權(quán)利要求i-3任一鐵砷化合物高溫超導(dǎo)晶體的制備方法，具體 步驟包括l)在常壓下，制備FeAs前驅(qū)體樣品；2 )將前驅(qū)體FeAs和U按1: x ( 0<x<2 )的摩爾比在惰性氣體中稱 量、混合研磨、壓片，裝入氧化鋁坩堝，用金箔或鉭箔包裹，并封裝 在BN管內(nèi)，然后置于高壓組裝件內(nèi)的石墨爐中，進(jìn)行高壓合成，其 中高壓合成的壓力為0, 5-6GPa，溫^1為600 - 1000。C，保溫時(shí)間20 分鐘以上，得到LixFds高溫超導(dǎo)體晶體。
5. 如權(quán)利要求4所述的一種鐵砷化合物高溫超導(dǎo)晶體的制備方法，其特 征在于，步驟2)中所述壓力為1. 5-3GPa,所述溫度為75Q-9Q0。C, 所迷惰性氣體為氬氣。
6. 如權(quán)利要求4所迷的一種鐵砷化合物高溫超導(dǎo)晶體的制備方法，其特 征在于，步驟1)制備FeAs前驅(qū)體的具體步驟采用常壓下固相反應(yīng)方 法，將99. 9%或以上純度的Fe和As粉末以1:1的摩爾比在充有氬氣 的手套箱中混合、研磨、壓片，然后密封在真空石英管中，在950°C 的條件下燒結(jié)，保溫48小時(shí)，得到單相的FeAs化合物。
7. 如權(quán)利要求4所述的一種鐵砷化合物高溫超導(dǎo)晶體的制備方法，其特 征在于，步驟2)制備LixFeAs高溫超導(dǎo)體晶體的具體步驟為將合成 的前驅(qū)體FeAS按上述的摩爾比在充有氬氣的手套箱中稱量、混合、 均勻研磨；然后壓成直徑5mm的小圓片，用金箔包裹，并封裝在 ①8X15fflsn的BN圓柱內(nèi)；將壓好的樣品放入石墨爐，裝入高壓組裝件 內(nèi)進(jìn)行高壓合成，樣品合成在六面頂大壓機(jī)上進(jìn)行，先在室溫下緩'f曼升壓至2GPa，再啟動(dòng)加熱程序加熱至700 - 950°C,在高溫高壓條件 下保溫20 - 150分鐘，淬火至室溫，然后卸壓。 8.如權(quán)利要求7所述的一種鐵砷化合物高溫超導(dǎo)晶體的制備方法，其特 征在于，在高壓實(shí)驗(yàn)前首先進(jìn)行溫度和壓力的標(biāo)定，并用控制加熱功 率的方法控制加熱溫度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新的鐵砷化物高溫超導(dǎo)晶體材料及其研制方法，該高溫超導(dǎo)晶體材料為Li<sub>x</sub>FeAs，其中0＜x＜2，本發(fā)明還提供了一種Li<sub>x</sub>FeAs晶體的高壓合成方法，該方法通過改變鋰含量，用前驅(qū)體方法在高溫高壓下制備出了該高溫超導(dǎo)晶體材料，該材料的晶體結(jié)構(gòu)特征類似與銅氧化物高溫超導(dǎo)體無限層結(jié)構(gòu)。
文檔編號C01G28/00GK101407340SQ20081022574
公開日2009年4月15日 申請日期2008年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月11日
發(fā)明者劉清青, 呂玉璽, 望賢成, 李鳳英, 楊留響, 禹日成, 靳常青, 高偉波 申請人:中國科學(xué)院物理研究所