Влияние химического давления на сверхпроводящие свойства селенида железа

Abstract

Объектами исследования являются новые сверхпроводящие материалы на основе селенида железа. Цель работы – исследование влияния химического давления на величину критической температуры в халькогенидах железа и получение среди исследуемых соединений соединения с максимальной критической температурой¬. В процессе работы проведён синтез двух систем материалов: FeSe1-xSx (0.1 ≤ x ≤ 0.9) без избытка железа и Fe1.02Se1-xSx-zTez, где 0 ≤ z ≤ x, 0 ≤ x ≤ 1. Определены оптимальные условия синтеза, при которых содержание второй несверхпроводящей фазы в исследуемых материалах предельно мало. Обнаружено, что в системе FeSe1-xSx переход быстро подавляется с ростом концентрации серы, а проводимость материалов становится преимущественно полупроводниковой. Увеличение концентрации серы в диапазоне 0 ≤ x ≤ 0.2 приводит к незначительному росту критической температуры. В системе Fe1.02Se0.5Te0.5-xSx имеет место немонотонная зависимость температуры перехода от концентрации серы – резкое падение критической температуры при небольшом содержании серы и увеличение критической температуры с дальнейшим повышением содержания серы. В системе Fe1.02Se0.6Te0.4-xSx увеличение содержания серы приводит к увеличению температуры перехода на 5 К (х = 0.1) (по сравнению с Fe1.02Se0.6Te0.4) с дальнейшим постепенным снижением её до 12 К (х = 0.4). В системе Fe1.02Te0.5Se1-xSx наблюдается увеличение объёма элементарной ячейки с ростом содержания серы и, вместе с этим, монотонное уменьшение критической температуры. Степень внедрения – материалы пока не внедряются в производство, тем не менее, существует возможность изготовления проводов с внутренней частью из керамики на основе FeSe. Предположение о развитии – исследование сосуществования антиферромагнитного упорядочения и сверхпроводимости в одном материале при разных температурах.

The objects under research are new superconducting materials based on the iron selenide. The main goal is to investigate the effect of chemical pressure on the critical temperature value and to create the compound with the maximal critical temperature. During the work two systems of the materials were synthesized: FeSe1-xSx (0.1 ≤ x ≤ 0.9) without iron excess and Fe1.02Se1-xSx-zTez with 0 ≤ z ≤ x and 0 ≤ x ≤ 1. The optimal synthesis conditions are determined when the content of the second non-superconducting phase is as little as possible. It was found that in FeSe1-xSx system the transition is quickly suppressed while sulfur content increases and the materials trend to be semiconductors. The sulfur content increase in 0 ≤ x ≤ 0.2 range leads to the insignificant increase of the critical temperature. In Fe1.02Se0.5Te0.5-xSx system non-monotonic critical temperature versus sulfur concentration dependence takes place: rapidly decrease of the critical temperature with low sulfur content and critical temperature increase with further increase of sulfur content. In Fe1.02Se0.6Te0.4-xSx system the increase of sulfur content to x = 0.1 leads to the 5K increase of Tc (according to Fe1.02Se0.6Te0.4) and the slowly decreases to the value of 12 K at x = 0.4. In Fe1.02Te0.5Se1-xSx system the increase of the unit cell volume is observed while the sulfur content increases; it correlates well with the decrease of the critical temperature. Application extent: the materials aren’t applied to the production yet; nevertheless there is an opportunity to produce the wires with ceramic core based on the FeSe. The development assumption: the investigation of coexistence of antiferromagnetism and superconductivity in the same material at different temperatures.