[发明专利]一种可调控超导电性和电荷密度波的新型过渡金属碲化物及其制备方法

说明书

本发明设计一系列化学通式为CuIr_2‑xAu_xTe₄(0≤x≤0.2)的量子材料及其制备方法，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，Au，Te粉体充分研磨混合后抽真空密封在石英管中，然后把密封的装有原材料的真空石英管放入炉子中，850℃烧结120h，得到CuIr_2‑xAu_xTe₄(0≤x≤0.2)的多晶粉末。通过综合物理性能测试系统(PPMS)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和电荷密度波相变的基本性质，并建立起具体的掺杂浓度与各自超导电性和电荷密度波相变的关系图。通过XRD数据拟合分析其晶体结构。通过合成此类化合物超导材料，为过渡金属碲化物超导材料的家族增加了新的成员。

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CuIr_2-xAu_xTe₄(0≤x≤0.2)的具有丰富量子态的新型过渡金属碲化物及其制备方法。

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。电荷密度波是指晶体中出现的电荷密度的周期性波动。在金属的基态，传导电子的电荷密度在空间受正弦调制。这个附加调制的周期与晶格周期无关，而是由传导电子在动量空间的费米面的面积来决定。

层状过渡金属硫化物(TMDs)由于具有可调带隙和丰富的物理性质，长期以来引起了诸如能源、传感、电子和环境等众多研究领域学者的兴趣。特别是电荷密度波(CDW)与超导电性(SC)之间的相互作用，已成为凝聚态物理的重要研究课题之一，并且超导电性和电荷密度波的转变温度可以通过化学掺杂和高压等方法来调控。目前已发现的具有层状结构的过渡金属硫化物同时具有超导电性及电荷密度波相变，如典型的2H-NbSe₂，2H-TaSe₂等过渡金属二硫化物；或者可以通过化学掺杂或物理压力抑制这些母体(如1T-TiSe₂，1T-TaS₂)的电荷密度波相变，从而出现超导电性。尽管过渡金属硫化物超导材料的探索研究取得了重要的进展，但是目前这个系统中的诸多问题仍待解决，如超导温度普遍偏低(大部分过渡金属层状硫化物超导体的转变温度在2K左右)，电荷密度波的形成机制与超导的竞争关系等。因此，开发新型的过渡金属硫化物超导体仍是该领域的一大挑战。

准二维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。化学掺杂是调控超导电性和电荷密度波的常见方法。因此，我们通过使用Au掺杂CuIr₂Te₄化合物的Ir元素，可以获得CuIr_2-xAu_xTe₄(0≤x≤0.2)化合物，并系统研究其超导电性和电荷密度波随掺杂浓度的变化。

发明内容

本发明旨在利用金(Au)取代CuIr₂Te₄层状化合物的铱(Ir)，调控母体材料的超导电性及电荷密度波相变，将获得一系列新超导材料化合物及新量子态。

为达上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可调控超导电性和电荷密度波的新型过渡金属碲化物及其制备方法，其特征在于具有以下化学通式：