探索合成新型钙钛矿类超导体

Many attentions have been focused on superconductor for their applications in energy, information, medicine and scientific research. Most superconductors with the transition temperature (Tc) higher than 30K are two-dimensional layer compounds. (BaK)BiO3 is an exception, which is a three-dimensional perovskite compound with Tc =34K. It is still a challenge to find a new Perovskite superconductor with Tc >30K. It is believed the coexist of Bi(III) and Bi(V) in (BaK)BiO3 is useful to the appearance of superconductivity. Then if Pb(II) and Pb(IV), or Sn(II) and Sn(IV) can coexist in a Perovskite compound, does new superconductor appear? This project will try the best to find a way to synthesize the compounds such as (BaLn)PbO3 or (BaK)PbO2F to find new superconductor. Pb can be changed partly or fully by Sn or Sb. Sr, Ca, or Mg can get into the site of Ba. Na, Rb, or Cs can replace K. Such kind of work may enhance the study of superconductivity in Perovskite compound, and is helpful to understand the nature of superconductivity.

超导体在能源、信息、医疗及科学研究等众多领域有着广泛的应用，相关研究备受关注。转变温度高于30K的多数化合物超导体具有二维层状结构。(BaK)BiO3例外，其超导转变温度可达34K，但具有三维钙钛矿结构。寻找新的转变温度超过30K的钙钛矿类超导体始终是一个挑战。一般认为(BaK)BiO3中Bi(III)和Bi(V)共存是该类材料存在超导的关键。那么在钙钛矿类化合物中让Pb(II)和Pb(IV)或Sn(II)和Sn(IV)等共存是否也可以获得类似的超导电性？本项目希望通过探索合成Pb(II)和Pb(IV)共存的钙钛矿类化合物(BaLn)PbO3或(BaK)PbO2F等来寻找这类超导体。Pb可以全部或部分替换成Sn或Sb。Ba可能需要部分或全部替换成Sr、Ca或Mg等。K有可能需要部分或全部替换成Na、Rb或Cs。本项工作将会推动钙钛矿类化合物超导电性的研究，加深对超导电性本质的理解。

钙钛矿类超导体是少数超导临界温度达到30K的常压三维超导材料。目前该类超导材料的研究还很不充分。本项目着重利用各种方法合成Ba1-xAxBi1-y-zPbyMzO3-delta系列钙钛矿型化合物，随后通过测量它们电阻及磁性随温度变化来确定是否为超导体，以此来丰富钙钛矿类超导体,并在此基础上分析该类超导体的相关特性与其结构、组成之间存在的相互关系，从而为理解超导现象提供丰富的实验数据。相关的研究发现了三个系列的BaBiO3基钙钛矿类超导体。 第一个系列是A位掺入稀土离子的Ba1-xLnxBi0.2Pb0.8O3−δ (Ln=La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu)系列固溶体。该类固溶体在x<0.05时，都是空穴型钙钛矿类超导体，零电阻的临界温度Tzeoc随稀土掺入量的增加而下降；当Ln=Ce或Pr时，Ba1-xLnxBi0.2Pb0.8O3−δ在稀土掺入量大于0.05后变为电子型钙钛矿类超导体。这是第一次在钙钛矿类超导体中找到了电子型超导体。向Ba0.85Pr0.15Bi0.20Pb0.80O3−δ中掺入La来代替Ba, 所获得的固溶体Ba0.85−xLaxPr0.15Bi0.20Pb0.80O3−δ也是电子型超导体。第二个系列是K、Pb分别在A、B位进行掺杂的BaBiO3基系列固溶体Ba1−xKxBiyPb1-yO3−δ (0<x<0.30, y=0.20, 0.30, 0.40)。在该类体系中可以获得临界零电阻温度超过10K的空穴型超导体。第三个系列是Ba(Bi0.25Pb0.75)1-xInxO3−δ (0<x<0.20)体系。在该体系中获得了空穴型超导体；随着In的掺入，该体系的超导转变温度逐渐下降；这是第一次将In掺入BaBiO3超导体的B位。将该固溶体中In替换成Mg，所获得的固溶体也是空穴型超导体。