[发明专利]一种掺杂碳提高FeSeTe单晶超导性能的方法

说明书

本发明公开了一种掺杂碳提高FeSeTe单晶超导性能的方法，首先，将铁粉、碳粉、硒粉和碲粉均匀混合，命名为FCST，按照FCST:KCl:AlClsubgt;3/subgt;=0.5~2:1.5~4:3.5~6的比例称取KCl和AlClsubgt;3/subgt;粉末，与FCST混合；将所得混合粉末放入石英玻璃管末端并将玻璃管进行真空封管；将玻璃管放入可以控制温度的三温区管式炉中，将有反应物质的末端和玻璃管端口放置在不同的两个温区中，将管式炉升温至410~510℃，保温20~50小时，将不含有反应物质的玻璃管端口处的温区降温至330~430℃，含有反应物质的玻璃管末端所在的温度保持410~510℃不变，给玻璃管建立起一个温度梯度，在该温度梯度下烧结不少于21，然后取出淬火。本发明成功地将C掺杂进FeSeTe单晶的晶格中，在不影响晶体质量的前提下，提高了材料的超导转变温度。

技术领域

本发明属于超导材料领域，具体涉及一种掺杂碳提高FeSeTe单晶超导性能的方法。

背景技术

层状材料是二维晶体结构，拥有许多独特的物理和化学性质。最近的研究发现，层状晶体结构更易产生较好的超导性能。目前较为常见的层状材料包括铁基超导体，二硼化镁等。

FeSeTe是铁基超导体中具有代表性的材料，由于其简单的四方相晶体结构，自从被发现具有超导性能之后，一直被广泛关注。目前制备FeSeTe单晶超导体常见的方法是固相反应法，这种方法可以控制生产升本，还可以生产体积较大的单晶材料，便于性能的研究以及后续工艺的改进。

但是FeSeTe超导材料对晶体结构中的缺陷和杂质非常敏感，所以目前研究成果中，大多数掺杂都对超导性能起到了抑制的作用。还有部分掺杂导致Fe₇Se₈杂质的生成，破坏晶体结构以及单晶的生成量。所以找到合适的方法对FeSeTe超导材料进行掺杂来提高超导性能和晶体质量非常的关键。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种掺杂碳提高FeSeTe单晶超导性能的方法。该方法简单，只需要一步烧结就可以制备出超导性能好，晶体质量高的FeSeTe单晶超导材料，适合大规模生产。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种掺杂碳提高FeSeTe单晶超导性能的方法，包括如下步骤：

步骤1：在充满氩气保护的手套箱中将铁粉、碳粉、硒粉和碲粉按照摩尔比为1-x :x : 0.3~0.5 : 0.5~0.7称量，其中x=0~0.2且x不为0，将称量好的粉末放入玛瑙研钵中，研磨0.5~1.5小时使粉末均匀混合，混合物命名为FCST；上述铁粉纯度不低于99.8%，碳粉的纯度不低于99.5%，硒粉纯度不低于99.99%，碲粉纯度不低于99.99%；

步骤2：按照FCST : KCl : AlCl₃=0.5~2 : 1.5~4 : 3.5~6的摩尔比例称取适量的KCl和AlCl₃粉末，与FCST粉末混合，得到混合粉末；

步骤3：将上述混合粉末放入石英玻璃管末端，使用真空封管机将玻璃管进行真空封管，真空度为1.8×10^-3 ~2.5×10^-3Pa；

步骤4：将玻璃管放入可以控制温度的三温区管式炉中，将有混合粉末的末端和玻璃管端口放置在不同的两个温区中，然后将管式炉以0.5~3℃/min的升温速率升温至410~510℃，保温20~50小时，将不含有混合粉末的玻璃管端口处的温区降温至330~430℃，含有混合粉末的玻璃管末端所在的温度保持410~510℃不变，给玻璃管建立起一个温度梯度，在该温度梯度下烧结21~56天；

步骤5：取出淬火。

所述淬火是完成烧结程序之后，马上取出玻璃管置于水中冷却。