Comparaison de deux méthodes de synthèse différentes de monocristaux de ditellurure d’uranium supraconducteur

Nous démontrons des méthodes pour synthétiser de manière fiable des monocristaux de ditellurure d’uranium que l’un ou l’autre supraconducteur ne fait pas, ce qui est crucial pour étudier la supraconductivité exotique du triplet de spin. En suivant cette recette de transport de vapeur, nous produirons de manière fiable des échantillons de ditellurure d’uranium présentant une supraconductivité en vrac. Ceci n’est pas réalisé en utilisant d’autres méthodes.

Cette méthode a un impact sur la recherche sur le triplet de spin et la supraconductivité topologique, ainsi que sur les électrons corrélés. Tous ces domaines relèvent du domaine des matériaux quantiques. Sheng Ran, professeur adjoint à l’Université Washington à St.Louis et chercheur postdoctoral dans mon groupe, fera la démonstration de la procédure.

Commencez par peser la quantité appropriée de tellure élémentaire en fonction de la quantité d’uranium nettoyé au rapport atomique de l’uranium au tellure de deux à trois. Peser une quantité appropriée d’iode à utiliser pendant la synthèse. Sélectionnez les longueurs de tube de manière à ce que le tube enjambe le four et que chaque extrémité se trouve dans l’une des zones de température, en veillant à ce que le diamètre s’insère bien dans le four.

Fermez une extrémité d’un tube de quartz fondu à l’aide d’une torche à hydrogène ou de toute torche qui produit suffisamment de chaleur pour ramollir le quartz fondu. Une fois que le tube est assez froid, placez tous les matériaux dans le tube de quartz. Col le tube et utiliser une pompe à vide pour évacuer le tube et sceller le tube avec la torche.

Insérez le tube dans un four à tubes horizontaux à deux zones, en veillant à ce que toutes les matières premières glissent vers le côté chaud du tube. Pendant 12 heures, chauffer le côté chaud du tube à 1 060 degrés Celsius, l’autre côté à 1 000 degrés Celsius et maintenir la température pendant une semaine. Ensuite, éteignez le four pour permettre au tube de refroidir lentement pour atteindre la température ambiante.

Peser l’uranium et le tellure selon le rapport atomique de un à trois. Placez tous les matériaux dans un creuset en alumine de deux millimètres. Une fois que le tube est assez froid, placez les deux creusets dans un tube de quartz d’un diamètre intérieur de 14 millimètres.

Fermez une extrémité d’un tube de quartz fondu à l’aide d’une torche. Après avoir enfoncé le tube, utilisez une pompe à vide sèche pour évacuer le tube, puis scellez le tube avec la torche. Placez le tube de quartz scellé dans un creuset en alumine de 50 millilitres à utiliser comme récipient extérieur pour plus de stabilité.

Placez le creuset contenant le tube de quartz dans un four à boîte, puis chauffez et refroidissez le four comme décrit dans le manuscrit du texte. Préparez une centrifugeuse avec un rotor pivotant et des seaux métalliques. Utilisez les pinces du four pour sortir le tube de quartz du four, inverser le tube et faire tourner le tube à 2 500 fois G pendant 10 à 20 secondes pour séparer le tellure liquide supplémentaire des cristaux de ditellurure d’uranium.

Laissez le tube refroidir à température ambiante. Les cristaux obtenus à l’aide du transport chimique de vapeur et les cristaux cultivés en flux se ressemblaient et n’étaient pas facilement reconnaissables par inspection visuelle. Les mesures de diffraction des rayons X ont été effectuées sur des monocristaux broyés obtenus à partir des deux techniques pour confirmer la structure cristalline.

La structure cristalline était similaire en utilisant les deux techniques sans aucun signe de phases d’impureté. Le rapport de résistance résiduelle du cristal cultivé en flux est 15 fois inférieur au rapport de résistance résiduelle du cristal de transport de vapeur chimique, indiquant plus d’impuretés cristallographiques ou de défauts dans l’échantillon cultivé en flux et responsable de la diffusion plus forte des électrons de conduction et d’une résistance résiduelle plus élevée. La susceptibilité magnétique des cristaux cultivés à l’aide des deux techniques était similaire.

La susceptibilité magnétique a fortement augmenté à basse température et a montré un léger changement de pente à environ 10K en raison de la cohérence du condo. La partie la plus importante des deux processus consiste à sceller correctement le tube de quartz. Une mauvaise étanchéité du tube de quartz peut entraîner une réaction indésirable avec l’air, ce qui peut constituer un danger pour la sécurité.