[发明专利]铁基超导材料的掺杂方法

说明书

技术领域

本方法涉及一种新型铁基超导材料的掺杂方法，利用此方法掺杂的铁基超导材料具有比单一掺杂对应的超导体更为优异的超导性能。

背景技术

2008年，在LaFeAsO_1-xF_x体系的材料中首次发现了26K左右的超导转变温度（《美国化学会志》（JACS）130,2008,3296）。这一发现立即掀起了全世界对铁基超导材料的研究热潮。随后的短短几个月的时间通过稀土元素替代在SmFeAsO体系中单掺F使得T_c迅速上升到55K。因为铁基超导体是铜基超导体以外的唯一被发现的高温超导体，对于铁基超导材料的研究有益于进一步揭示超导的机理以及探索其他体系的超导材料。跟很多非常规超导体相类似，能够产生超导现象的铁基超导材料对应的母体也会出现反铁磁竞争序。而超导的产生必须通过抑制反铁磁竞争序来实现。

在铁基超导材料母体中掺杂F元素是一个实现超导的有效途径。另外，晶格压力既化学内压也是诱导超导转变的手段。以SmFeAsO型超导材料为例，对其在O位进行电子型F掺杂可以有效抑制反铁磁竞争序。但随着F含量的加大，体系的载流子浓度变大，晶格压力变大，同时Tc上升；但是当F含量超过某个极限时，Fe的化学价变化太大导致晶格不稳定，导致杂相形成，F的进一步掺杂成为不可能。在此基础上，我们采用阴离子和阳离子进行双掺杂的方法，这样加大了F的掺杂含量，同时增大晶格畸变与晶格压力，可以得到更高Tc的超导材料。

发明内容

本发明目的在于得到更高Tc的超导材料，为此，本发明提供了一种铁基超导材料的双掺杂方法，所述方法包括：

(1)提供一种或多种包含掺杂阳离子的掺杂剂和一种或多种包含掺杂阴离子的掺杂剂、或者一种或多种同时包含掺杂阳离子和掺杂阴离子的掺杂剂；和

(2)按照化学计量比混合铁基超导材料的原料和所述掺杂剂、研磨并压片后真空封装于石英管中；

(3)制备最终铁基超导材料。

在本发明的一个实施方式中，所述铁基超导材料为LnFeOX基铁基超导材料，其中，Ln为稀土元素，X为As或P；或者为AFe₂Y₂基铁基超导材料，其中，Y为As、P或Se。

在本发明的一个实施方式中，所述包含掺杂阳离子的掺杂剂选自：Sc₂O₃、BaO、BaAs、MgAs、Y₂O₃、K₂As、Na₂O等等包含掺杂阳离子的氧化物和砷化物。

在本发明的一个实施方式中，所述包含掺杂阴离子的掺杂剂选自：LnOF、LnF3、FeF₂、Ln(OH)₃、LnH₃等等包含掺杂阴离子的氟化物、氢氧化物和氢化物。

在本发明的一个实施方式中，所述同时包含掺杂阳离子和掺杂阴离子的掺杂剂选自：ScF₃、BaF₂、MgF₂、Y(OH)₃、KF等等由掺杂阳离子和掺杂阴离子所组成的化合物。

在本发明的一个实施方式中，步骤(3)利用传统的高温烧结方法、低温快速烧结法、高压高温方法、微波快速烧结法等等来制备铁基超导材料的方法。

在本发明中，所述铁基超导材料的掺杂方法可适用于LnFeOX基、AFe₂X₂等体系的铁基超导材料。一方面，本发明制得的铁基超导材料具有比单掺杂体系更为优异的超导性能；另一方面，本发明可在更广范围内调控铁基超导材料的内在结构，为进一步探索超导现象的内在机理提供方便。

本发明所述双掺杂方法的具体实施步骤如下：

(A)材料制备

(a)对于LnFeOX基铁基超导材料，Ln为稀土元素，X为As或P