[發明專利]鐵基超導材料的摻雜方法

在審

• 申請號: 201210410621.8
• 申請日: 2012-10-24
• 公開（公告）號: CN103771844A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 黃富強;陳海杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/26
• 分類號: C04B35/26;C04B35/622;H01B12/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 郭輝

技術領域

本方法涉及一種新型鐵基超導材料的摻雜方法，利用此方法摻雜的鐵基超導材料具有比單一摻雜對應的超導體更為優異的超導性能。

背景技術

2008年，在LaFeAsO_1-xF_x體系的材料中首次發現了26K左右的超導轉變溫度（《美國化學會志》（JACS）130,2008,3296）。這一發現立即掀起了全世界對鐵基超導材料的研究熱潮。隨后的短短幾個月的時間通過稀土元素替代在SmFeAsO體系中單摻F使得T_c迅速上升到55K。因為鐵基超導體是銅基超導體以外的唯一被發現的高溫超導體，對于鐵基超導材料的研究有益于進一步揭示超導的機理以及探索其他體系的超導材料。跟很多非常規超導體相類似，能夠產生超導現象的鐵基超導材料對應的母體也會出現反鐵磁競爭序。而超導的產生必須通過抑制反鐵磁競爭序來實現。

在鐵基超導材料母體中摻雜F元素是一個實現超導的有效途徑。另外，晶格壓力既化學內壓也是誘導超導轉變的手段。以SmFeAsO型超導材料為例，對其在O位進行電子型F摻雜可以有效抑制反鐵磁競爭序。但隨著F含量的加大，體系的載流子濃度變大，晶格壓力變大，同時Tc上升；但是當F含量超過某個極限時，Fe的化學價變化太大導致晶格不穩定，導致雜相形成，F的進一步摻雜成為不可能。在此基礎上，我們采用陰離子和陽離子進行雙摻雜的方法，這樣加大了F的摻雜含量，同時增大晶格畸變與晶格壓力，可以得到更高Tc的超導材料。

發明內容

本發明目的在于得到更高Tc的超導材料，為此，本發明提供了一種鐵基超導材料的雙摻雜方法，所述方法包括：

(1)提供一種或多種包含摻雜陽離子的摻雜劑和一種或多種包含摻雜陰離子的摻雜劑、或者一種或多種同時包含摻雜陽離子和摻雜陰離子的摻雜劑；和

(2)按照化學計量比混合鐵基超導材料的原料和所述摻雜劑、研磨并壓片后真空封裝于石英管中；

(3)制備最終鐵基超導材料。

在本發明的一個實施方式中，所述鐵基超導材料為LnFeOX基鐵基超導材料，其中，Ln為稀土元素，X為As或P；或者為AFe₂Y₂基鐵基超導材料，其中，Y為As、P或Se。

在本發明的一個實施方式中，所述包含摻雜陽離子的摻雜劑選自：Sc₂O₃、BaO、BaAs、MgAs、Y₂O₃、K₂As、Na₂O等等包含摻雜陽離子的氧化物和砷化物。

在本發明的一個實施方式中，所述包含摻雜陰離子的摻雜劑選自：LnOF、LnF3、FeF₂、Ln(OH)₃、LnH₃等等包含摻雜陰離子的氟化物、氫氧化物和氫化物。

在本發明的一個實施方式中，所述同時包含摻雜陽離子和摻雜陰離子的摻雜劑選自：ScF₃、BaF₂、MgF₂、Y(OH)₃、KF等等由摻雜陽離子和摻雜陰離子所組成的化合物。

在本發明的一個實施方式中，步驟(3)利用傳統的高溫燒結方法、低溫快速燒結法、高壓高溫方法、微波快速燒結法等等來制備鐵基超導材料的方法。

在本發明中，所述鐵基超導材料的摻雜方法可適用于LnFeOX基、AFe₂X₂等體系的鐵基超導材料。一方面，本發明制得的鐵基超導材料具有比單摻雜體系更為優異的超導性能；另一方面，本發明可在更廣范圍內調控鐵基超導材料的內在結構，為進一步探索超導現象的內在機理提供方便。

本發明所述雙摻雜方法的具體實施步驟如下：

(A)材料制備

(a)對于LnFeOX基鐵基超導材料，Ln為稀土元素，X為As或P