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围绕新铜氧化物超导体及相关化合物的高压合成以及原位压力效应这个主题,主要进行了如下方面的研究和探索:
利用高温高压合成方法制备了单相性比较好的Cu-1234(Tc=116K)和Cu-1223(Tc≈70K)超导体。对一次合成的Cu-1234和Cu-1223在Ar气和N2中退火效应的研究表明,一次合成的样品是接近最佳掺杂的。通过调节合成样品的氧含量获得了掺杂量比较合适的样品。进而使用金刚石原位电阻测量装置,首次将Cu-1234超导体的Tc从常压下的116K提高到15GPa下的123K。这是继Hg系超导体之后又一个在很宽的压力范围内(大于10GPa)都具有正的压力效应的超导系列。此实验结果也表明一次合成的样品是轻微欠掺杂的。利用同步辐射高压能散X光衍射实验研究了Cu-1234的高压原位结构特性,首次表明在0~34GPa的压力范围内,Cu-1234超导体的晶体结构保持稳定,得到了其状态方程和零压体弹模量(B0=152GPa)。
在高温高压下合成了高温超导体的母体化合物无限层CaCuO2。对其原位结构性质的研究首次表明,在0~30GPa压力范围内,无限层结构CaCuO2的晶体结构保持稳定,并得到了其状态方程和181GPa的零压体弹模量。而高压原位电学测量结果表明无限层CaCuO2在10GPa左右发生了电子结构相变。利用高温高压合成方法对无限层的母体化合物CaCuO2进行了系统的P型和N型掺杂,首次成功制备了P-型和N-型掺杂的无限层化合物Ca1-xRxGuO2,(R=Na,Li,Nd,Y),并研究了其在高压下的结构稳定性。在6-8型二级推进大压机上首次对无限层CaCuO2进行了高温(Néel温度以上)高压下的电导测试,表明了磁有序对电阻的影响,实验结果也得到了能带计算的支持。
实验表明,共边Cu-O链结构的Ca1-xCuO2在高温(890~1130℃)、高压(0~6GPa)、高氧压下的晶体结构是稳定的,在高压下Ca1-xCuO2的固溶体浓度迅速增加。Ca1-xCuO2在~14.5GPa发生了可逆的结构相变,在0~14.5GPa的压力范围内得到了177±20GPa的零压体弹模量。