[發明專利]一種新型含銦過渡金屬碲化物超導材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202110345748.5
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN113371685A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 羅惠霞;曾令勇;佳瑪;何溢懿;蘇婉珍;雷展鵬
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: C01B19/00
• 分類號: C01B19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種新型含銦過渡金屬碲化物超導材料及其制備方法，屬于量子功能材料制造技術領域。其制備方法是傳統高溫固相法，通過將相應化學計量比的Cu，Ir，In，Te充分研磨后抽真空密封在石英管中，然后把密封的裝有原材料的石英管放入爐子中，在800℃燒結120h，得到CuIr_2?xIn_xTe₄(0≤x≤0.1)的多晶粉末。通過綜合物理性能測試系統(PPMS)來測試其物性，通過測量其電導率、磁性性質、上下臨界磁場等物理性質，深入考察目標材料的超導物性。這是首例報道的新型準二維銦摻雜的過渡金屬碲合物超導材料。通過合成此類化合物超導材料，為過渡金屬硫化物超導材料的家族增加了新的成員，并助于人們理解高溫銅基或鐵基超導的物理性質。

技術領域

本發明屬于量子功能材料制造技術領域，具體涉及一系列化學通式CuIr_2-xIn_xTe₄(0≤x≤ 0.1)的新型含銦過渡金屬碲化物超導材料及其制備方法。

背景技術

超導是物理學中最迷人的宏觀量子現象之一，超導材料是指具有在一定溫度條件下(一般為較低溫度)呈現出電阻等于零并且排斥磁力線性質的材料，因具有完全電導性、完全抗磁性及通量量子化的奇特性質，它在電力通信、工業運輸、醫療診斷、高能物理、能源傳輸和軍事裝備等領域具有廣闊的應用前景。

超導現象自1911年被發現以來，就以其獨特的魅力持續不斷地吸引著廣大科學家的關注，超導機理的研究及材料制備一直是研究人員關注的熱點之一。至今為止，人們發現的超導材料幾乎遍布整個元素周期表，從輕元素硼、鋰到過渡重金屬鈾系列等。超導材料的發展經歷了一個從簡單到復雜，即由一元系到二元系、三元系以至多元系的過程。進一個世紀以來，新的超導材料不斷被發現，超導轉變溫度(T_c)也相繼被提高。1986年，銅基高溫超導材料的發現更是將超導材料的研究推向了高潮，在科技領域有著巨大的影響。隨后，銅氧化物超導體在超導材料中獨一無二的地位一直保持到2008年。然而，研究發現銅氧化物高溫超導體 (或稱銅基超導體)不能被傳統的BCS理論所預測及描述，并且由于銅氧化合物是陶瓷材料，材質很脆不易加工，這限制了銅基超導體在工業界的大規模應用，從而迫使人們去尋找新的高溫超導體。自2008年日本H.Hosono研究組發現LaFeAs_1-xF_x中存在26K的超導電性。隨后，鐵基超導體系的超導轉變溫度由最初的26K迅速突破BCS理論預言的傳統超導體超導轉變溫度的麥克米蘭極限(40K)，直接證明這類鐵基超導體是一種新型的高溫超導材料。然而，研究發現鐵基超導體性質極為復雜，至今仍沒有形成一個系統、全面的超導理論。

近年來，隨著高壓技術的發展，實現超導的臨界溫度也越來越高。最近理論及實驗科學家研究均發現一系列氫化物在高壓下出現破紀錄的接近室溫的超導電性。首先，中國吉林大學的馬琰銘研究組在2014年首次預言H₂S在160萬個大氣壓有80K左右的超導電性，同在吉林大學的崔田研究組預言H₂S-H₂化合物在高壓下可能實現191-204K的高溫超導。2015年 Ermets和Drozdov等研究組實驗發現，在約150萬個標準大氣壓冷卻至零下70℃，硫化氫表現出了超導性，和兩個理論工作不謀而合，這項研究被認為是朝著一種室溫超導體邁出的歷史性一步。最近，2018年，德國馬普化學研究生的Mikhail Eremets和同事進一步發現氫化鑭 (LaH₁₀)在250K溫度下出現超導性，這在超導研究領域激起了一波浪潮。隨后，美國喬治華盛頓大學的Ressell Hemley等研究人員發現相同的材料在280K(7℃)出現超導電性，但所需的壓力為202GPa(即202萬倍標準大氣壓)，而且需要進一步被驗證。雖然氫化物高溫超導與銅基及鐵基高溫超導不同，可以被BCS理論所預測及解析，是一種常規超導體，但要做成功的挑戰非常之大，其關鍵在于實現200萬大氣壓以上的電測量和磁測量極其困難。因此，開發低成本的新超導材料仍是目前工業界與學術界的研究熱點與難點。