反鈣鈦礦結構化合物

Nickelbasedantiperovskitecompounds2010-7-3outline①鎳基反鈣鈦礦化合物

ⅰ含C元素

ⅱ含N元素

ⅲ含B元素②制備技術及實驗中的注意事項③MgCNi3的超導電性研究⑴C元素含量對其影響

⑵Mg元素含量對其影響⑶各種元素替代作用總結⑷其他鎳基反鈣鈦礦結構化合物定義及結構和其他一些此類化合物☆反鈣鈦礦結構鎳基化合物通式可以寫作AXNi3（A=Al，Ga，In，Zn，Cd，Mg）等元素，X=C,B,N元素。鍶基：Sr3NxSn鋇基：Ba3NxSnBa3NxPb鈦基：AlCTi3InCTi3TlCTi3

銀基：Ag3SI鈣基：PNCa3AsNCa3

SbNCa3BiNCa3PbNCa3銅基：PbCu3NRhCu3NRuCu3N鎂基：AsNMg3SbNMg3錳基化合物……ⅰ含碳鎳基化合物及其基本性質即是位于體心位置的原子是C原子，一些晶格常數位于下表。AlCNi3

：2005年，dong等人發(fā)現了在300K的弱鐵磁-順磁轉變而tong等人證實該體系沒有自發(fā)磁化，不存在長程鐵磁序，是一個交換增強的Pauli順磁體，趨于鐵磁不穩(wěn)。

上圖第一列中的元素都是周期表中第三主族中元素Al，Ga，In，從表中可以總結出隨著原子量的增加，晶格常數a0也增大，但即使溫度降低到2K以下這些化合物也未出現超導轉變。GaCNi3：是一個交換增強的Pauli順磁體，表現出強電子關聯應。M.Sieberer等人通過計算研究認為AlCNi3和GaCNi3是一個nonmagneticmetal，他們認為是實驗中存在C缺位會導致數據的不準確性。順磁物質的主要特點是χ＞0并且χ的數值很小，多數順磁性物質的磁化率隨溫度升高而下降，χ-1與線性關系。InCNi3：tong等人報道當In為0.95時成相比較完美，并且表現出鐵磁性，居里轉變溫度為577K；隨著溫度的下降，InCNi3從轉變成為FM，Tc=577K。由上圖可以看出在整個溫度區(qū)間表現出金屬性，溫度降低到5K也為出現超導轉變。ZnCNi3：M.D等人計算了其電子結構，認為可能是在femi面附近的vanHove奇點抑制了超導電性。CdCNi3：當溫度小于Tc=3K時表現出超導電性。ⅱ含N元素的鎳基反鈣鈦礦結構化合物含N元素的鎳基反鈣鈦礦結構仍然屬于Pm-3m群實驗合成的目前唯一一個N化物的超導ZnNNi3其Tc=3K。理論指出，在鐵磁態(tài)附近，費米面下方，態(tài)密度DOS值出現一個峰值，而且預言空穴摻雜會導致鐵磁性，電子摻雜會抑制EF附近的DOS。反鈣鈦礦結構鎳基硼化物具有與MgCNi3相同的價電子數目，而且有理論認為其可能是超導與鐵磁態(tài)共存體。目前實驗目前合成了InBNi3，其近似為Pauli順磁體，其鐵磁關聯也與MgCNi3相當，該體系存在一定的電聲耦合。理論認為通過元素替代可以引入一些空位，可能會觀察到超導現象。②制備技術及實驗中的注意事項目前制備此類化合物方法有兩種：（1）固態(tài)反應法（2）化學合成主要影響因素是：（a）雜質（b）氧元素（c）溫度（d）其他③MgCNi3的超導電性研究20世紀80年代以來鈣鈦礦結構(Perovskite)氧化物及其層狀衍生物成為凝聚態(tài)物理和材料科學研究的熱點之一。它們表現出豐富的物理性質及廣闊的應用前景：例如高溫超導、龐磁電阻、鐵電等。與鈣鈦礦結構體系相對應，但目前研究較少的一類材料體系為反鈣鈦礦結構(Antiperovskite)體系。2001年美國普林斯頓大學R.J教授的研究小組通過中子衍射確定了其反鈣鈦礦結構，并在該體系中發(fā)現了超導電性，接近完全化計量比的MgCNi3樣品超導轉變溫度(Tc)可達8.4K，并且Tc隨著碳含量降低而小。從而使得這一類材料重新走入人們的視野。⑴C元素含量對其影響首先：需要指出的就是C含量的多少直接影響體系是否能夠得到純凈的單一相。而且實驗中名義組分都會使用過量的C元素來中和實驗中可能出現的O元素，并且保證反應完全進行。其次：只有碳含量達到一定程度才能產生超導電性，且隨著C含量的降低，Tc也減小。⑵Mg元素含量對其影響由于Mg元素熔點比較低，在燒結過程中容易氧化、揮發(fā)、與碳與鎳元素反應不完全等。實驗中一般采取加入過量的Mg元素來補償，多次實驗結果表明最佳配比為Mg1.25C1.45Ni3其中樣品中與Mg元素相關的雜質有MgO，Mg2Ni…至今未見Mg元素含量對超導電性之間關聯的報道?。、歉鞣N元素替代作用總結Ⅰ.Zn摻雜進入Mg位會導致TC降低，但是比熱和MgCNi3一樣仍然保持BCS-Like。Ⅱ其他元素替代效應主要集中在Ni原子位置4d族Ru元素摻雜替代Ni，發(fā)現隨著摻雜濃度的增加Tc降低的速度比3d族慢。Fe摻雜對Tc的影響主要趨勢是先稍微有一點提高，然后在下降，原因可能是自旋漲落增強。4d可能是通過能帶效應來影響超導，3d主要則通過磁拆對形式破壞超導Mn摻雜迅速破壞超導，并正?；食尸F出居里-外斯行為，說明體內形成了局域磁矩，低溫電阻率出現了康道效應。Co摻雜使得TC迅速降低，可能是由于自旋漲落的增強。Cu↑，TC↓11B取代C元素B取代C原子，隨著B含量的增加體系的雜質（主要是MgO）也在不斷的增加，但是當B達到0.16時能夠得到較單一的相結構隨著B原子的增加，晶格常數也變大，這可能是由于B原子的加入導致了畸變而引起的，并且增加的趨勢近似復合線性變化。而Tc則隨著含量的增多迅速的減小，當B含量達到0.1