《鐵硫族化合物FeX(X=Se,Te,S)亞穩物相的合成與缺陷研究》是依託北京科技大學，由郭中楠擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：鐵硫族化合物FeX(X=Se,Te,S)亞穩物相的合成與缺陷研究
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：郭中楠
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鐵基超導體是近年來發現的重要高溫超導材料。其中由鐵硫族化合物構成的鐵硒基超導體系因其簡單的結構而成為探索鐵基高溫超導機理的重要實驗對象。然而由於對鐵硫族非整比化合物中本徵缺陷對物性的影響機制不明，使得人們對該體系超導機理的探索工作難以進行。本項目以探明鐵硫族化合物中本徵缺陷對結構和物性的影響機制為研究目標，充分利用我們在無機材料製備和熱力學分析方面的豐富經驗，使用化學合成法在低溫條件下製備亞穩態的1:1鐵硫族整比化合物FeX(X=Se,Te,S)，之後在其中引入不同缺陷，通過分析引入前後物性的差異研究缺陷種類、濃度等因素對體系結構、元素價態、熱穩定性、超導電性和磁性等性質的影響機制，得到能夠誘導出超導電性的缺陷條件，探索鐵硒基超導體系的超導機理。進而嘗試在整比的FeS和FeTe中通過調節缺陷誘導出超導電性，尋找新型的鐵基超導體。
結題摘要
鐵硫族層狀化合物體系是近年來被發現的一類重要超導化合物家族，其表現出的獨特電磁性質和電子結構使其成為國際上材料研究領域的熱點之一。與鐵砷化合物不同，鐵硫族化合物在化學式上普遍存在非整比性，其結構中往往存在如空位和間隙原子等點缺陷。這些缺陷雖然含量較小，但對整個材料的電磁性能起到重要的調製作用，理解這些缺陷對材料物性的調製機理對理解鐵硫族化合物超導機制和結構物性關聯至關重要。本項目以鐵硫基層狀化合物家族為研究對象，通過多種手段調節體系中的點缺陷種類和含量，得到了一系列鐵硫族層狀新材料，同時系統分析各類缺陷對晶體結構和電子結構的影響，進而理解其物性的相應變化。通過水熱脫鉀的方法以K2Fe4S5為前驅體製備得到了Fe1-xS單晶樣品，發現其中Fe空位濃度可以在0至0.1（10%）之間調節。物性分析發現Fe空位的出現抑制了FeS的超導電性，同時使材料發生金屬絕緣體轉變。同時我們通過超聲輔助插層法得到了鹼金屬K和乙二胺分子共插層的新材料Kx(C2H8N2)yFe2-zS2。通過化學成分分析發現，隨著陽離子K+的插入，原FeS層中的Fe被脫出，形成無序鐵空位，使得FeS基插層相超導電性消失。另外我們還成功製備了新型層狀碲化合物KFeCuTe2，通過結構解析和物性測試發現鹼金屬K作為載流子庫層插入物性層間的同時將母體化合物Fe1+xCuTe2中的間隙Fe脫出，其磁結構由原本的自旋玻璃轉變為反鐵磁。此外我們還通過不同溫度下的退火處理對FeTeSe超導固溶體中的間隙鐵原子進行了調控，同時系統研究了Fe(Te,Se,S)三元硫族元素體系和K-Fe-Se三元超導體系的相關係和超導電性。通過本課題的研究工作我們在合成多個新型的晶態層狀鐵硫族化合物，通過結構和物性分析深入認識了不同缺陷在鐵硫族化合物中對結構物性的影響機制，對這一電磁功能材料家族的製備和物性調控具有重要的指導作用。
