[发明专利]铋硫基超导单晶体及其制备方法

说明书

一种铋硫基超导单晶体及其制备方法。该种铋硫基超导单晶体的分子式为LaO_xBiS₂，0.75≤x≤0.93。其制备方法是：A、将La₂S₃、Bi₂S₃、Bi₂O₃、Bi和S，按照LaO_xBiS₂的化学计量比称量，再研磨混合均匀得原料混合物；B、将原料混合物与助熔剂CsCl按1：5～10的质量比均匀混合，得原料‑助熔剂混合物；C、将原料‑助熔剂混合物，900～1000℃烧结8～12小时；以0.5℃～2℃/小时的速度降温至600～800℃，之后随炉冷却；用水冲洗10～20次；在50～100℃干燥5～10小时，即得。该铋硫基超导单晶体具有多种晶体结构，其超导性能稳定，超导转变温度为3～3.2K。

技术领域

本发明涉及一种铋硫基超导单晶体及其制备方法。

背景技术

新超导体的发现有助于开阔超导的研究和应用，自从超导电性发现以来，新超导体的探索工作从未停歇，典型的发现有铜基氧化物高温超导体、铁基超导体、铋硫基超导体等。铋硫基超导体2012年被发现，其超导转变温度并不高，到目前为止最高仅为11K；但其具有和铜基氧化物高温超导体以及铁基超导体相似的层状晶体结构。此外，铋硫基超导体还具有独特的特征，如压力效应，在压力作用下超导转变温度可被提高，还发生结构相变；加之，铋硫基超导单晶体具有高的各向异性，可作为本征的约瑟夫森结，而在太赫兹辐射源、量子比特等领域具有极大的应用价值。新的铋硫基超导体的探索和开发，对当前仍不明朗的超导电性产生机制的研究、开发具有重要意义。

发明内容

本发明的第一发明目的是提供一种新的铋硫基超导单晶体，该种铋硫基超导单晶体具有多种晶体结构，即为四方结构(空间群为P4/nmm)、单斜结构(空间群为P2₁/m)或三斜结构(空间群为)，单晶体的尺寸为1-2毫米；其超导性能稳定，超导转变温度为3～3.2K。

本发明实现其发明目的，所采用的技术方案是：一种铋硫基超导单晶体，其分子式为LaO_1-xBiS₂，其中0.07≤x≤0.25。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的铋硫基超导单晶体LaO_1-xBiS₂，其母体材料为LaOBiS₂。其中晶体结构由La-O层和Bi-S层交替堆积而成。本发明成功的在LaOBiS₂中引入氧空位，使LaOBiS₂体系中电子浓度增加，并可以通过调整氧含量来调整LaO_1-xBiS₂超导单晶体中电子载流子的浓度，从而改变LaO_1-xBiS₂超导单晶体的超导性能。

测试表明，本发明的铋硫基超导单晶体的单晶体尺寸为1-2毫米。

单晶X射线衍射结果表明，本发明的铋硫基超导单晶体具有四方、单斜或三斜晶体结构。

电磁性能测量结果表明，在超导转变温度以下，观察到明显的零电阻现象，而且具有很好的抗磁性能；且其超导转变温度可达3.2K。

本发明的第二目的是提供一种制备上述的铋硫基超导单晶体的方法。

本发明实现其第二发明目的所采用的技术方案是，一种制备上述的铋硫基超导单晶体的方法，其作法是：