[发明专利]一种超导体物理性能优化和超导转变温度调控的方法

说明书

本发明公开了一种超导体物理性能优化和超导转变温度调控的方法，包括：按一定物质量比将Ca块、Fe粉、Pt粉和As粉均匀混合后封入石英管中；将所述石英管以第一预设升温速率升至第一预设温度，并保温第一时长；然后再以第二预设升温速率升至第二预设温度，并保温第二时长；将所述石英管以第一预设降温速率降至第三预设温度，然后再以第二预设降温速率降至第四预设温度；对所述石英管进行随炉自然冷却至室温。本发明通过适当调整反应物中各元素比例，和控制晶体生长条件如第二预设温度、第二时长、降温速率等，调节样品中Pt自掺杂率x，减少样品晶格缺陷，实现对体系超导转变温度的调控和上临界场等物理性能的优化。

技术领域

本发明涉及超导材料制备和晶体工程技术领域，具体涉及一种超导体物理性能优化和超导转变温度调控的方法，尤其是Pt自掺杂率调整和制备条件改善对Ca₁₀(Pt₄As₈)(Fe₂As₂)₅超导体物理性能优化和超导转变温度调控的方法。

背景技术

超导技术是当代凝聚态物理和材料科学中最活跃、最重要的前沿研究领域之一，将对未来国民经济、军事、医疗卫生和各种高新技术产业产生难以估量的深远影响。

2008年2月，铁基超导材料的发现实现了高温超导基础研究领域上新的突破，铁基超导体由于其金属性，更容易被加工成线材和带材，其可承载的临界电流密度和上临界磁场与铜基超导体相当，甚至可能更优越，为高温超导机理研究及输电应用指明了一个新的方向。

铁基超导体可看作由超导层和中间层相互交替平行堆垒而成。传统铁基超导体中间层由简单的碱、碱土金属离子或金属氧化物充当，因此超导转变温度和各向异性都较低。2011年普林斯顿大学Cava小组将方钴矿结构的Pt₄As₈做中间层，插入钙钛矿结构的超导Fe₂As₂层，合成了-Ca-(Pt₄As₈)-Ca-Fe₂As₂-交替堆垒的铁砷超导体Ca₁₀(Pt₄As₈)(Fe₂As₂)₅(Ca10-4-8)，相对提高了体系的转变温度和各项异性，也将铁砷超导体的化学复杂性提高一个高度。Ca10-4-8中Pt₄As₈层的一个Pt原子超出了Zintl化合价饱和条件，其2个电子进入晶格后作为自由电子对体系进行了电子掺杂，电子掺杂压制了铁砷面的反铁磁自旋密度波(AFM SDW)转变诱发超导，并将超导转变温度推升至30K附近。

根据现有文献，Ca10-4-8的转变温度广泛随机地分布在26K至30多开尔文，部分粉体(晶)样品报道的转变温度达到了38K。但转变温度随机分布在较大区间的机理始终未被阐明，因此在样品制备过程中，如何通过原料组分调整和改善晶体生长条件实现对Ca₁₀(Pt₄As₈)(Fe₂As₂)₅超导转变温度的调控和物理性能的优化，成为当下样品制备技术中亟待解决的问题。

发明内容