化学的超导和铁磁域相分离

文摘

各种ZnN_y倪_3−x有限公司_x化合物与不同公司的内容,x、合成及其磁性研究。统一的坚实的解决方案无法获得较低的公司内容();而不是micrometer-scaled铁磁ZnN_y倪_0.6有限公司_2。4域嵌入超导ZnNNi形成₃散装,超导ZnNNi的化学相分离₃和铁磁ZnN_y倪_0.6有限公司_2。4。在中间水平的Co浓度(),这两相分离可能持续,超导的行为在这篇作文地区强烈抑制。只有在高Co浓度()统一铁磁ZnN固体的解决方案_y倪_3−x有限公司_x(最有可能)形成的。相分离行为是系统固有的,反映在ZnN混溶隙的存在_y倪_3−x有限公司_x为样品,并不是由于不完整的合成。时履行样品,高质量的颗粒接触超导体和铁磁物质已经意识到,这表明生产有用的设备需要高质量的超导体之间的联系和铁磁物质有可能利用这两阶段的形势。

1。介绍

他等人发现了一种新的antiperovskite超导体MgCNi₃有一个超导转变温度K (1]。这种化合物吸引了注意力的超导之间的关系和铁磁性,因为材料包括大量的铁磁倪并且在结构和联邦通讯委员会的元素镍相似。一些研究人员认为铁磁关联与MgCNi的超导相关联₃。理论计算指出,这种化合物是铁磁态附近,铁磁性的出现可能引起孔兴奋剂(2]。

为了揭示超导缺口对称和澄清在MgCNi超导的微观起源₃,各种类型的实验进行了3- - - - - -14]。然而,刚性尚未取得共识的起源在MgCNi超导₃。发现MgCNi刺激₃,一些新的antiperovskite化合物合成包括两个新的超导体,CdCNi₃和ZnNNi₃和补充理论研究一直在进行,尤其是对这些新超导体(15- - - - - -33]。

在这项研究中我们合成和研究的物理性质超导ZnNNi组成的系统₃和铁磁。ZnNNi₃是一个超导体K MgCNi antiperovskite结构一样₃(34,35]。铁磁体的居里温度高于室温。应该提到的含氮量的ZnNNi大约一半的₃(),这似乎是唯一稳定的含氮量,这种材料的36]。的氮含量已经确认通过测量烧结前后体重的变化。

这两个化合物具有相同的antiperovskite结构和几乎相同ZnNNi晶格常数(3.756和3.758₃和、职责),这使他们可能会形成一个固溶体的整体价值。然而超导ZnNNi的化学相分离₃和铁磁域已经被观察到。在本文中,我们报告的合成和超导和铁磁性的两相分离系统的细节。

2。实验

样本准备从元素锌、镍和粉末。粉末是称重和混合的名义组成,然后被压制成球。额外添加锌粉是为了弥补由于蒸发损失。球团烧结在北半球₃气体温度序列如下:(1)400°C 3 h, (2) 520°C 5 h,和(3)550 - 600°C 5 h与中间几次研磨步骤。北半球₃气体在高温下分解化学活性氢和氮,和活性氮渗入硝化示例的样本。这已被证明是一个有效的方法,形成3 d-transition金属氮化物[37- - - - - -39]。

x射线衍射模式得到使用铜Kα辐射。磁化测量量子设计鱿鱼磁力仪进行使用。磁化测量与零场冷却(ZFC)。为了调查样本的同质性,电子探针分析仪(电子探针)使用。

3所示。结果与讨论

图1展示了各种粉末x射线衍射模式获得样本。所有的衍射模式表明Pm3m立方结构空间群。没有检测到杂质峰,表明单相样品。晶格参数的确定是一个几乎恒定的价值3.756的样品,和系统化的晶格常数的变化没有观察到倪:公司比例是不同的。

图2显示的磁化率对温度的依赖关系与,0.25,0.5,和0.75样本。所有样本显示超导行为。的发病稍微减少被视为公司内容()增加。虽然超导体积分数(SVF)降低增加,为散装超导SVF值足够大(SVF = 12%估计从磁化值为1.8 K)。大部分超导消失在样本0.75以上(数据没有显示)。

图3显示了磁化场依赖性曲线在1.8 K和3.5 K (a)和(b)。下面(1.8 K),磁化曲线显示超导样品但重叠与铁磁字符。样本的铁磁特性变得更加明显与大公司内容(比较数据的数据3(一个)和3 (b)在1.8 K)。在较低的温度下,超导似乎与铁磁性共存,但上面(3.5 K),超导特性消失,只有铁磁性幸存(见3.5 K数据的数据3(一个)和3 (b))。为了阐明这个共存的起源,我们使用电子探针分析了样品。

数据4(一)和4 (b)显示元素映射分析镍(图4(一))和(图4 (b))在一个μ米²区域的样品获得使用15千伏的加速电压和探针直径1μm。在图4(一)倪,深蓝色的颜色显示领域缺乏内容。从这个图中,可以看出有一些蓝色的岛屿中数十微米大小和比周边地区镍含量少得多。另一方面,在图4 (b),亮红色的颜色表明公司内容是加强这些地区。比较这两个数据,发现在岛屿很小的倪内容如图4(一),公司内容非常大。这些岛屿被揭露的化学成分和体积分数的岛屿可以从图像映射估计约为5%。除了这些岛屿,整体化学成分被发现几乎纯超导ZnNNi₃。为了澄清的磁性,我们合成一个样本,测量其field-dependent磁化在1.8 K(图5(一个))。清楚地看到,如图5(一个),铁磁。在图5 (b),磁化数据叠加1.8 K数据如图3(一个);的磁化数据由0.05比例,对应的体积分数从电子探针(5%)估计映射数据。很明显,铁磁字符的样品是解释的磁化行为降低5%。看来共存的超导和铁磁行为的起源来自一个铁磁的化学相分离在超导ZnNNi区域嵌入₃背景。应该注意的是,这95%的总体平均成分-znnni₃/ 5% -样品,对应于只有一半的公司内容名义ZnNNi组成_2.75有限公司_0.25。我们怀疑这种差异可以解释为小型或薄的存在部分在ZnNNi₃晶界区域,我们未能充分检测通过映射分析。这些小的部分可能失去长期铁磁相干,因为他们nonbulk形态。为了阐明这一点,更详细的化学分析是必要的。

仍然存在的问题是否相分离来自这种化合物的内在本质或不完整的样品制备。在图6,与温度有关的磁化率不同数量的烧结后样品准备周期过程(3)550 - 600°C 5 h(见部分2)所示。从这个图中,可以看出,磁化强度值在1.8 K烧结的循环次数的增加而增加,几乎浸透17烧结后样品周期。这表明化学反应已经完成,样品已达到热力学平衡状态。因此,在这个系统中,超过17烧结周期足以实现完整的化学反应。本研究中使用的样本有超过17烧结合成周期;因此,两相分离不能归咎于不完整的合成,而是必须内在系统。看来公司离子不能代替倪网站和0.5样本,相反,两阶段ZnNNi分离₃和出现。换句话说,一个混溶隙存在系统至少和0.5。在一个Mn-doped系统同样的合成配方使用在目前的研究中,少量的超导完全消失()的兴奋剂,它表示一个统一的固溶体的形成,即使有少量掺杂浓度(40]。这个实验结果也强化了特有的特点,提出系统和支持混溶隙的存在。为什么不是一个统一的固溶体的ZnNNi之间的形式₃和具有几乎相同的晶体结构?正如前面提到的,它已经认识到,在预设的合成条件下,含氮量的必须约0.5 (36)与()。严格地说,ZnNNi的晶体结构₃是不同的从含氮量的角度。因此,它是合理的假设ZnN_0.5有限公司₃不能溶入ZnNNi₃,尽管整个晶体结构和晶格参数几乎是相同的。相比之下,高值,均质固体的解决方案可能是意识到因为的岛屿电子探针观察到映射似乎均匀的在他们的岛屿。的含氮量的推测是由于成分接近0.5 ZnN吗_0.5有限公司₃。较低的含氮量ZnN_0.5倪₃下阶段可以被合成50% - h₂nh + 50%₃(用于合成ZnN条件_0.5倪₃,NH的浓度₃气体稀释到50%的H₂气体,而对于ZnNNi的情况下₃,100%的nh₃天然气是必需的。),可能存在pseudostable nh阶段目前的合成条件下使用100%₃气体。因此,可以认为少量ZnN_0.5倪₃可以溶解到ZnN_0.5有限公司₃形成固溶体在高浓度,最有可能的价值。如果发现合适的合成条件,允许N内容为1,形成统一的坚实的解决方案可能的值。例如,这可以通过使用NH₃天然气超过1 atm。

在图7SVF,和磁化强度值获得的1字段在1.8 K ()显示为一个函数的内容,。SVF值降低线性有限公司内容增加到0.5。这种行为符合一个两阶段的情况。与线性增加,超导地区的相对比率线性减少。几乎是恒定的,突然就消失了。 上面2和强烈的增加呈线性增加。这意味着两阶段情况延伸,在统一的固溶体形式和显示铁磁性。但是这个假设与实验因为下面的超导消失。这种差异可能是由于磁场的影响由铁磁超导ZnNNi毗邻地区₃地区两阶段形势下,强烈抑制或完全破坏了超导的行为。为了明确这一点,使用核磁共振或进一步调查μSR实验是必要的。

最后,它应该提到在两阶段情况下ferromagnet-superconductor颗粒接触装置的原型是自然地实现。的性质ferromagnet-superconductor晶界将好因为铁磁和超导ZnNNi₃几乎相同的晶体结构和晶格常数。这表明使用的可能性π结量子比特和磁阻装置和类似的应用程序调优接触边界的形态特征,如接触强度、边界的形状,每个域的大小。这些参数可以控制在传统的固态反应技术通过优化合成条件如温度、烧结时间、和氮分压,没有特殊的设备用于生产薄膜设备。

4所示。结论

它已经表明,在系统与形成统一的坚实的解决方案,而是铁磁测微的规模在超导ZnNNi域嵌入₃散装,超导ZnNNi的化学相分离₃和铁磁。我们的研究结果表明,两相分离存在,但超导地区强烈抑制或几乎摧毁了可能产生的磁场周围的铁磁区域。以上统一的固溶体(最有可能)的形式,并在组成区域系统显示远程铁磁性。两相分离自然是内在系统,反映出混溶隙的存在与和联想。这个意想不到的化学相分离的起源可能是由于稳定的含氮量差异(),()。利用这两阶段的情况,有用的设备要求高质量的颗粒接触超导体和铁磁物质可能产生。

承认

这项工作在一定程度上支持的研究所和仪器分析中心的横滨国立大学。

引用

1. t .他问:黄,a·p·拉米雷斯et al .,“超导non-oxide钙钛矿MgCNi₃”,自然,卷411,不。6833年,54-56,2001页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. h . Ronser r . Weht m·d·约翰内斯·w·e·皮科特和大肠Tosatti:,“超导在MgCNi铁磁性附近₃”,物理评论快报,卷88,不。2、文章ID 027001, 2002。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. 下午歌手,t . Imai t·他·m·a·海沃德,r . j .静脉。”¹³C NMR超导体MgCNi的调查₃800 K。”物理评论快报,卷87,不。25、文章ID 257601 2001。视图:谷歌学术搜索
4. J.-Y。林,p . l . Ho·h·l·黄et al .,”在MgCNi BCS-like超导₃”,物理评论BID 052501条,卷。67年,4页,2003。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. z .问:毛,m·m·罗萨里奥k·d·纳尔逊et al .,“超导参数的实验测定金属间化合物超导体MgCNi钙钛矿₃”,物理评论B卷,67篇文章ID 0945021, 2003。视图:谷歌学术搜索
6. l .山k .夏z . y .刘et al .,“碳浓度在超导MgC的影响_x倪₃”,物理评论B,卷68,不。2篇文章ID 024523 5页,2003。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. l .山h . j .陶高h . et al .,“横波在MgCNi配对₃揭示了点接触隧道。”物理评论B,卷68,不。14篇文章ID 144510 5页,2003。视图:谷歌学术搜索
8. r . Prozorov a . Snezhko t .他和r . j .静脉物理评论B卷,68篇文章ID 1805021, 2003。
9. d . p .年轻的时候,m .摩尔多瓦和p·w·亚当斯:,“MgCNi临界电流密度的扩展行为₃超细纤维”,物理评论B,卷70,不。6、文章ID 064508, 2004。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. a . Walte g . Fuchs k·h·穆勒et al .,“证据MgCNi电子声子耦合强₃”,物理评论B,卷70,不。17日,文章ID 174503, 18页,2004。视图:谷歌学术搜索
11. l .山z . y . Liu z . a . Ren g·c·格瓦拉,h·h·温,“竞争MgCNi BCS超导体和铁磁自旋之间波动₃”,物理评论B,卷71,不。14篇文章ID 144516 6页,2005。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. m . Uehara t,山崎,t·古里,t . Kashida y Kimishima,和k . Ohishi磁性毫克_{1 - x}锌_xC_y倪₃”,固体的物理和化学》杂志上,卷68,不。11日,第2182 - 2178页,2007年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. p . Diener, p . Rodiere t·克莱因et al .,“横波超导探索通过测量磁穿透深度和较低的MgCNi的关键领域₃单晶,”物理评论B,卷79,不。22日,ID 220508条,2009年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. z Pribulova, j . Kačmarčik Marcenat et al .,”在MgCNi超导能隙₃单晶:点接触型光谱和比热测量。”物理评论B,卷83,不。10篇文章ID 104511 7页,2011。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. m . s .公园,j . s . Giim s h .公园,y w·李,s . i . Lee和e·j·崔”ZnCNi的物理性质₃:与超导MgCNi比较₃”,超导科技,17卷,不。2、274 - 277年,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. m . Uehara t,天野之弥,s . Takano t·古里t·山崎和y Kimishima化学影响超导MgCNi压力₃”,自然史C,卷440,不。1 - 2,6 - 9,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. m . Uehara t,山崎,t·古里,t . Kashida y Kimishima,哈泽,“超导CdCNi的属性₃”,日本物理学会杂志》上卷,76篇文章ID 0347141, 5页,2007。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. f·r·德波尔c . j . Schinkel j . Biesterbos和美国Proost Exchange-enhanced顺磁性和弱铁磁性倪₃艾尔和倪₃Ga阶段;巨大的诱因在Fe-doped倪₃Ga。”应用物理杂志,40卷,不。3、1049 - 1055年,1969页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. a . f .董g·c·格瓦拉,黄w·w·s·l·贾,h . Chen和z . x赵AlCNi合成和物理特性₃”,自然史C,卷422,不。1 - 2、65 - 69年,2005页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. p .通y . p .太阳x b·朱和w·h·歌,“antiperovskite-type化合物的合成和物理特性_0.95CNi经过₃”,固态通信,卷141,不。6,336 - 340年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. p .通y . p .太阳x b·朱和w·h·歌曲:“强烈antiperovskite复合GaCNi电子电子之间的关联₃”,物理评论B卷,73篇文章ID 2451061, 2006。视图:谷歌学术搜索
22. p .通y . p .太阳x b·朱和w·h·歌,“强烈的自旋涨落和可能在AlCNi本文的行为₃”,物理评论B,卷74,不。22篇文章ID 224416 7页,2006。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
23. w·h·曹b, c . z辽、l·h·杨l . m .曾董和c:,“antiperovskite-type氮化物的制备和性质:InNNi₃和InNCo₃”,固态化学杂志》上,卷182,不。12日,第3357 - 3353页,2009年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
24. b, c .咚,l .杨l .通用电气和h . Chen”CdNCo antiperovskite-type化合物的制备和物理性质$\text{C}\text{d}\text{N}\text{C}{\text{o}}_{3-z}$ $\text{N}{\text{我}}_z$ $0\le z\le 3$”,固态化学杂志》上,卷184,不。8,1939 - 1945年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
25. b, c .咚,l .杨l . Ge l .μc·陈,“准备和Cd antiperovskite-type化合物的物理性质_1−x在_xNNi₃($0\le x\le 0.2$)和Cd_1−y铜_yNNi₃($0\le y\le 0.2$),“中国物理B,21卷,不。4、文章ID 047401, 2012。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
26. g . f . m . y .段j。j Tan, x r . Chen和j .朱“弹性和热力学性质的超导体MCNi Anti-Perovskite类型₃(M =锌、Cd),“Acta自然史Polonica一,第118卷,第652页,2010年。视图:谷歌学术搜索
27. 医学博士约翰内斯·w·e·皮克特,”ZnCNi的电子结构₃”,物理评论B,卷70,不。6篇文章ID 060507 4页,2004。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
28. p·约瑟夫和p·p·辛格”,采用德国的电子性质的比较_y倪₃和ZnC_y倪₃合金”,物理学杂志》:凝聚态,18卷,不。23日,第5333页,2006年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
29. m .员工·莫恩和j·雷丁AlCNi碳的作用₃和GaCNi₃:密度泛函理论研究物理评论B,卷75,不。2、文章ID 024431, 2007。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
30. i r . Shein诉诉Bannikov, a . l . Ivanovskii”结构、弹性和电子性质的超导anti-perovskites MgCNi₃,ZnCNi₃和CdCNi₃从第一原理”,自然史C,卷468,不。1、1 - 6,2008页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
31. s . Bağcıs Duman h . m . Tutuncu g·p·斯利瓦斯塔瓦,“基态、声子谱和超导性质的nonoxide钙钛矿CdCNi₃”,物理评论B,卷78,不。17篇文章ID 174504 6页,2008。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
32. f·w·g·c . Li Chen王et al .,”fcc-Co的外延生长_x倪_100−x采用薄膜(110)单晶基片,”应用物理杂志,卷105,不。12篇文章ID 123921 4页,2009。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
33. 美国问:吴、z . f .侯和z z朱,”CdCNi的弹性性能和电子结构₃:与MgCNi比较研究₃”,固体科学,11卷,不。1,第258 - 251页,2009。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
34. m . Uehara a . Uehara k Kozawa, y Kimishima,“新antiperovskite-type超导体ZnN_y倪₃”,日本物理学会杂志》上,卷78,不。3篇文章ID 033702 4页,2009。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
35. m . Uehara a . Uehara k . Kozawa t·山崎和y Kimishima,“新antiperovskite超导体ZnNNi₃CdNNi和相关化合物₃和InNNi₃”,自然史C,卷470,不。1,S688-S690, 2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
36. h·h·Stadelmaier和t . s . Yun”nitorgen合金和过渡金属锰、铁、Co和倪毫克,铝、锌和Cd,”Zeitschrift毛皮Metallkunde52卷,第480 - 477页,1961年。视图:谷歌学术搜索
37. r . Juza和w . Sachze苏珥Kenntnis镍/ Stickstoff des系统。Metallamide和Metallnitride, 12。手套。”Zeitschrift毛皮anorganische和《化学,卷251,不。2、201 - 212年,1943页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
38. n . Saegusa t . Tsukagoshi大肠北城,和a . Tasaki”iron-nitride的磁性粒子与气体蒸发法,准备“IEEE磁学,19卷,不。5,1629 - 1631年,1983页。视图:谷歌学术搜索
39. h·雅各布斯,d . Rechenbach Zachwieja,”结构的决心γ′菲₄N和ε菲₃N。”杂志的合金和化合物,卷227,不。1 - 17,1995页。视图:谷歌学术搜索
40. m . Uehara k . Kozawa m .大桥et al .,“Ni-site掺杂效应的新antiperovskite超导体ZnNNi₃”,物理学杂志》:会议系列卷,400年,第2部分,文章ID 022128, 2012。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

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