[发明专利]一种单相钙氟结构的铁基超导材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超导材料及其制备方法，特别是涉及一种分子式为(Ca_1-xRE_x)FeAsF(其中，0.2＜x＜0.6，RE为La，Ce，Pr，Nd或Sm)的单相钙氟结构的铁基超导材料及其制备方法。

背景技术

目前类似材料，即层状氧磷化合物，可统一表达为LnOMPn(其中Ln＝La或Pr；M＝Mn，Fe，Co或Ni；Pn＝P和As)的四元化合物。其中的一部分(LaOFeP，LaONiP)2006年被发现在低温下(3-5K)表现出超导电性。在2008年初，Kamihara等人(Y.Kamihara，T.Watanabe，M.Hirano，and H.Hosono，J.Am.Chem.Soc.130，3296(2008))在氟掺杂的La[0_1-xF_x]FeAs中发现的起始转变温度高达26K的超导电性，引起了超导界的广泛关注，并且掀起了研究新型超导材料的新一轮的热潮；用Ce，Pr，Nd，Sm取代La后发现超导温度可达50K以上。而最近，日本、德国的两个小组和本发明人通过将LaFeAsO中的LaO层换成CaF或SrF层，获得了一类新的基于氟化物的铁基超导体的母相，并且通过掺杂，得到了T_c约为32K的超导电性；对于基于CaF层的系列样品，目前只见报道用Co或Ni替代Fe位得到的超导体，但是T_c都没有超过30K。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种用RE(RE为La，Ce，Pr，Nd或Sm)等稀土金属替换二价Ca金属方法，通过固态反应技术合成分子式为(Ca_1-xRE_x)FeAsF(其中，0.2＜x＜0.6，RE为La，Ce，Pr，Nd或Sm)的单相钙氟结构的铁基超导材料；该材料的超导转变温度达到30-56K。

本发明的另一目的是提供一种利用固态反应方法直接合成，在高温下制备单相钙氟结构的铁基超导材料(Ca_1-xRE_x)FeAsF(其中，0.2＜x＜0.6，RE为La，Ce，Pr，Nd或Sm)的方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

本发明提供钙氟结构的铁基超导材料，具有准二维的层状结构，其组成用如下公式表示：

(Ca_1-xRE_x)FeAsF；

其中，0.2＜x＜0.6；

RE为La、Ce、Pr、Nd或Sm；

所述的铁基电子型超导材料的空间群为P4/nmm，四方结构，晶格常数约为a＝b＝3.956c＝8.594

在上述的技术方案中，所述钙氟结构的铁基超导材料具有超导转变温度为30K-56K。

在上述的技术方案中，所述钙氟结构的铁基超导材料属电子掺杂，其载流子浓度为10²⁰-10²²/cm³。

本发明提供单相钙氟结构的铁基超导材料(Ca_1-xRE_x)FeAsF的合成、制备工艺，采用La，Ce，Pr，Nd或Sm等稀土金属替换二价Ca金属方法，通过改变材料中的电荷浓度，达到电子掺杂的目的，利用固态反应方法在高温下制备得到钙氟结构的铁基超导材料。

本发明提供单相钙氟结构的铁基超导材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)制备前驱体：利用石英玻璃管封管法或高熔点金属封管法，制备CaAs和REAs(RE为La，Ce，Pr，Nd或Sm)前驱体样品；

2)合成：取步骤1)制备好的两种前驱体样品，将CaAs和REAs(RE为La，Ce，Pr，Nd或Sm)搭配一起使用，其中CaAs和REAs，与Fe和FeF₂，按(1-x)∶(x)∶0.5∶0.5的摩尔比称料；

其中0.2＜x＜0.6；即按照(Ca_1-xRE_x)FeA sF的阳离子化学配比，(RE为La，Ce，Pr，Nd或Sm)称料，混合并研磨，然后压片，密封在高真空的石英管或高熔点金属管中(管中充入20％或40％高纯氩气更好)；将其放在马弗炉中加热，以50K/小时缓慢升温在900℃停留约10-30个小时后，升温到1000℃，保持10-30小时左右，关闭电源，然后随炉降温，就得到单相的(Ca_1-xRE_x)FeAsF超导材料。