[发明专利]一种具有丰富量子态的新型过渡金属硫化物及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有丰富量子态的新型过渡金属硫化物及其制备方法，属于量子功能材料制造技术领域。其制备方法是传统高温固相法，通过将相应化学计量比的Cu，Ir，S，Te充分研磨后抽真空密封在石英管中，然后把密封的装有原材料的石英管放入炉子中，在850℃烧结120h，得到CuIr₂Te_4‑xS_x(0.0≤x≤4.0)的多晶粉末。通过综合物理性能测试系统(PPMS)，系统测量其电导率、磁性性质、上下临界场等物理性质，深入探讨目标产物的超导电性，电荷密度波相变及金属‑绝缘体相变等量子态的基本性质，并建立起具体的掺杂浓度与各自量子态的关系图。通过合成此类超导材料，为过渡金属硫化物超导材料的家族增加了新的成员，为进一步研究多种量子态的竞争机制提供理想的材料平台。

技术领域

本发明属于量子功能材料制造技术领域，具体涉及一系列化学通式CuIr₂Te_4-xS_x(0.0≤x≤4.0)的具有丰富量子态的新型过渡金属硫化物及其制备方法。

背景技术

超导是物理学中最迷人的宏观量子现象之一，超导材料是指具有在一定温度条件下(一般为较低温度)呈现出电阻等于零并且排斥磁力线性质的材料，因具有完全电导性、完全抗磁性及通量量子化的奇特性质。然而对于寻找室温超导体和超导机理的探索依然还有很长的路。高温超导体中通常存在繁多而又复杂的竞争量子态和结构序，并且各种量子态和结构序之间又相互影响。因此理解这些量子态和结构序对高温超导的探索是十分必要的。

三元CuIr₂X₄(X＝Se，S，Te)因其丰富的结构和物理性质备受科研工作者的关注，特别是立方尖晶石结构的铜系硫属化合物具有丰富的量子态，包括金属-绝缘体跃迁(MIT)，磁性和超导(SC)。例如，典型的尖晶石CuIr₂Se₄化合物在大气压下，从300K到0.5K展现了金属导电性，但是施加2.8GPa压力后，表现出了绝缘体行为。随后，人们发现在CuIr₂Se₄中Ir位掺杂Pt可以诱导超导电性。另外，CuIr₂S₄是另一种典型的铜系硫属化合物，其在230K具有金属到绝缘体相变，并伴有结构相变，其中其金属相是正常的立方结构，空间群为F-3dm，绝缘相为正方结构。人们研究发现，通过部分Se掺杂S可以获得CuIr₂S_4-xSe_x化合物，当掺杂浓度小于0.15时，CuIr₂S_4-xSe_x随着温度表现出金属相到绝缘相的转变；当掺杂浓度0.8时，CuIr₂S_4-xSe_x金属相到绝缘体相被抑制。尤其，令人惊喜的是人们通过在Cu中掺杂Zn得到化合物Cu_1-xZn_xIr₂Te₄，并发现随着掺杂浓度的增加，其金属绝缘体转变可以被抑制，从而诱发出超导电性。

我们课题组最近发现CuIr₂Te₄化合物同时具有电荷密度波相变和超导电性，其电荷密度波相变温度大约在250K，超导转变温度在2.5K左右。另一方面，正如上面描述的，早几十年之前，人们就已发现尖晶石结构CuIr₂S₄化合物具有金属-绝缘体相变。因此，具有立方结构的CuIr₂S₄及层状结构的CuIr₂Te₄的化合物能够为多重量子态和多样晶体结构的研究提供良好的平台。因此，我们通过使用S掺杂CuIr₂Te₄化合物的Te元素，可以获得CuIr₂S_4-xTe_x(0.0≤x≤4.0)化合物，并系统研究其晶体结构及相关量子态随掺杂浓度的变化。

发明内容