[发明专利]一种含卤素的高温超导体晶体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温超导体，特别是涉及一种利用顶角氧掺杂机制高温高压合成的一种Sr₂CuO_2+δCl_2-y高温超导体晶体及其高温高压制备方法。

背景技术

高温超导体研究是凝聚态物质科学的重要前沿领域。高温超导体在晶体结构上属衍生的钙钛矿类铜氧化物，而压力非常适合稳定高度致密的钙钛矿物质。压力在高温超导体的研究中发挥着及其重要的作用，是研制新型高温超导材料的重要手段。

在晶体结构上，高温超导体由两部分构成：电荷库层和[CuO₂]平面导电层，它们之间的连接通常是“顶角氧”。从直观上而言，顶角氧和高温超导起源有密切关联。如果保持基本的[CuO₂]平面，而将层间结构由通常的氧化物换成卤化物，则形成一种新的超导体系——卤氧化物高温超导体。卤氧化物高温超导体为研究顶角氧问题提供了一个理想的体系。Jin等人(C.Q.Jin，et al.，Nature(London)375，301(1995))在该体系中首次提出并建立了一种非常规掺杂机制——“顶角氧掺杂”，即用二价氧部分替代顶角一价氯，以掺杂的方式引入母体相中本不具有的顶角氧，在高温高压下首次成功合成了T_c＝80K的含双层[CuO₂]平面的(Sr，Ca)₃Cu₂O_4+δCl_2-x超导体，以异价阴离子替代的方式产生p型载流子。在顶角氧掺杂的Cl-系高温超导体中顶角位置由氧和氯完全占据，通过改变氧和氯的相对含量调节空穴载流子浓度，产生高温超导电性，是开展结构和物性关联研究的理想体系。另一方面，氯铜氧化合物作为一种理想的二维模型体系材料，非常适合角分辨光电子谱(ARPES)和扫描隧道谱(STM)的实验研究。因此，通过优化合成工艺研制结构简单的含单层[CuO₂]平面的此类新型高温超导体，对认识顶角氧问题和高温超导机制具有积极意义。

发明内容

本发明的目的之一在于利用一种非常规掺杂机制——顶角氧掺杂，高温高压合成含单层[CuO₂]平面的Cl-系高温超导体晶体。

本发明的另一目的是提供一种制备含单层[CuO₂]平面的Cl-系高温超导体晶体的高温高压合成方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

本发明提供了一种Sr₂CuO_2+δCl_2-y高温超导体晶体，该晶体顶角氧掺杂，其中0＜δ＜2，0＜y＜2，a轴晶格参数为

上述的Sr₂CuO_2+δCl_2-y高温超导体晶体，其超导转变温度为10-60K。

上述的Sr₂CuO_2+δCl_2-y高温超导体晶体，其顶角位置由氧和氯完全占据且载流子为p型载流子。

上述的Sr₂CuO_2+δCl_2-y高温超导体晶体，其空间群为I4/mmm，晶格常数为

本发明提供了一种Sr₂CuO_2+δCl_2-y高温超导体的制备方法，该方法利用顶角氧掺杂机制，利用SrO₂作氧源，通过控制氧压和改变氯含量，其中，SrO₂中的过量氧作为高压合成中的氧源，这是在高压合成中诱导产生顶角氧所必需的。通过前驱体方法高压制备0201-Cl新型高温超导体(Sr₂CuO_2+δCl_2-y高温超导体)，包括以下步骤：

1)在常压下，制备Sr₂CuO₂Cl₂和Sr₂CuO₃前驱体样品；