层状过渡金属硫属化合物的合成、晶体结构和超导电性研究

The main objective of the research project is the exploration of new superconductors within the layered transition-metal chalcogenides. The synthesis methods, crystal structure and superconductivity of the following compounds will be studied systematically: the metastable tetragonal FeS phase, the layered chalcogenides with the PbO-type structure unit and containing Fe, Co, Ni or Cu, and the layered chalcogenides with chemical formula AxTQ2 (where A is an alkali metal Li ,Na or K; T is a transition metal in the Ti, V, or Cr group, and Q for S, Se, or Te). This research project can enrich the structural chemistry of the chalcogenide and clarify their structure-property relations, and can improve the techniques for synthesis of chalcogenides and the design strategy for inorganic superconductors.

本项目研究以探索层状结构过渡金属硫属化合物新型超导体为主要目标。要系统研究FeS亚稳四方相、含Fe、Co、Ni或Cu并具有PbO型结构单元的层状硫属化合物和组成为AxTQ2,（其中A为碱金属Li或Na，K； T为与Ti、V或Cr族同族的过渡金属；Q为S、Se或Te）的层状硫属化合物的合成方法、晶体结构和超导电性。本项目的研究不但可以丰富硫属化合物的结构化学，有助于阐明其中的结构-性能关系，也能发展新的硫属化合物的合成方法和无机超导体的设计方法。

过渡金属硫属化合物具有优异的物理和化学特性，在超导、光电转换、催化和燃料电池等方面都有广阔的应用前景。因此，这方面的研究是近年来一个非常活跃的前沿领域。在我们以前提出的超导体二元结构模型指导下，探索层状结构过渡金属硫属化合物新型超导体是本项目的主要研究目标。.本项目研究的主要内容和结果如下：.(1). 我们制备单相FeS四方相的新方法，并对其晶体结构和低温电导行为进行了研究。(2). 我们研究了Fe1+yTe1-xSx ((0≤x≤0.25, y=0, 0.12)系列样品的晶体结构和Tc随S含量的变化。在FeS四方相中进行K插层获得了KxFeS (0≤x≤1.0)，并研究了该系列样品的晶体结构和低温物性。(3). 制备出单相的多种二元硫属化合物。用气相输运法生长了高质量的NbSe2和WTe2单晶。(4). 研究了组成为MxTQ2,（其中A 为Li、Na、K、Ca、Cu、Pd； T 为与Ti、V 或Cr 族同族的过渡金属；Q 为S、Se 或Te）的多个系列的层状硫属化合物的合成、晶体结构和低温物性，包括LixTiS2 (0≤x≤0.5)、PdxTiS2 (0≤x≤0.16)、LixNbS2（0≤x≤0.5）、PdxTaS2 (0≤x≤0.2)、CuxTaSe2 (0≤x≤0.12)、CaxMoS2 (0≤x≤0.5)、 CaxWS2 (0≤x≤1.2)、 Mo1-xTaxTe2 (0≤x≤1.0)。(5). 成功合成了稀有的硫钨锡铜矿（Cu6WSnS8）的单相样品，并进行了晶体结构测定和精修。. 我们获得了在化学掺杂MoS2体系中TC最高的Ca0.2MoS2超导体(TC =8.6K)，也发现了CuxTaSe2和PdxTaS2等几个系列的新超导体。研究结果证明了超导体二元结构模型对探索新型超导体确有重要参考价值。我们发展了多种新的样品制备和单晶生长方法，如制备FeS四方相纳米晶、用封管方法制备LixTiS2、在单温区管式炉中用化学气相输运方法生长单晶、稀有的硫钨锡铜矿（Cu6WSnS8）的合成等。我们利用低温冷浴建设了液氨法合成装置、设计制造了用于空气敏感样品X射线分析的密封样品架。这些实验方法和装置对今后的研究工作也很有用和重要。.