Confronto di due diversi metodi di sintesi di singoli cristalli di ditellururo di uranio superconduttore

Dimostriamo metodi per sintetizzare in modo affidabile singoli cristalli di ditellururo di uranio che entrambi i superconduttori non fanno, il che è cruciale per studiare la superconduttività esotica spin-triplet. Seguendo questa ricetta per il trasporto del vapore, produrremo in modo affidabile campioni di ditellururo di uranio che mostrano superconduttività alla rinfusa. Questo non si ottiene usando altri metodi.

Questo metodo influisce sulla ricerca sulla superconduttività spin-tripletta e topologica, nonché sugli elettroni correlati. Tutte queste aree rientrano nel campo dei materiali quantistici. A dimostrare la procedura sarà Sheng Ran, un assistente professore alla Washington University di St.Louis che è un ricercatore post-dottorato nel mio gruppo.

Inizia pesando la quantità appropriata di tellurio elementare a seconda della quantità di uranio pulito al rapporto atomico tra uranio e tellurio di due a tre. Pesare una quantità appropriata di iodio da utilizzare durante la sintesi. Selezionare le lunghezze del tubo in modo che il tubo si estenda sul forno e ciascuna estremità si trovi in una delle zone di temperatura, assicurandosi che il diametro si adatti bene al forno.

Chiudere un'estremità di un tubo di quarzo fuso usando una torcia a idrogeno o qualsiasi torcia che produca abbastanza calore per ammorbidire il quarzo fuso. Una volta che il tubo è abbastanza freddo, posizionare tutti i materiali nel tubo di quarzo. Collo il tubo e utilizzare una pompa per vuoto per evacuare il tubo e sigillare il tubo con la torcia.

Inserire il tubo in un forno tubolare orizzontale a due zone, assicurando che tutte le materie prime scivolino sul lato caldo del tubo. Per 12 ore, riscaldare il lato caldo del tubo a 1.060 gradi Celsius, l'altro lato a 1.000 gradi Celsius e mantenere la temperatura per una settimana. Quindi spegnere il forno per consentire al tubo di raffreddarsi lentamente per raggiungere la temperatura ambiente.

Pesare l'uranio e il tellurio secondo il rapporto atomico di uno a tre. Posizionare tutti i materiali in un crogiolo di allumina da due millimetri. Una volta che il tubo è abbastanza freddo, posizionare i due crogioli in un tubo di quarzo con un diametro interno di 14 millimetri.

Chiudere un'estremità di un tubo di quarzo fuso usando una torcia. Dopo aver collocato il tubo, utilizzare una pompa per vuoto a secco per evacuare il tubo e quindi sigillare il tubo con la torcia. Mettere il tubo di quarzo sigillato in un crogiolo di allumina da 50 millilitri da utilizzare come contenitore esterno per la stabilità.

Posizionare il crogiolo contenente il tubo di quarzo in un forno a scatola, quindi riscaldare e raffreddare il forno come descritto nel manoscritto del testo. Preparare una centrifuga con rotore oscillante e secchi metallici. Utilizzare le pinze del forno per estrarre il tubo di quarzo dal forno, invertire il tubo e ruotare il tubo a 2.500 volte G per 10-20 secondi per separare il tellurio extra liquido dai cristalli di ditellururo di uranio.

Lasciare raffreddare il tubo a temperatura ambiente. I cristalli ottenuti utilizzando il trasporto di vapore chimico e i cristalli cresciuti dal flusso sembravano simili e non erano facilmente distinguibili dall'ispezione visiva. Le misure di diffrazione a raggi X sono state eseguite su singoli cristalli frantumati ottenuti da entrambe le tecniche per confermare la struttura cristallina.

La struttura cristallina era simile usando entrambe le tecniche senza alcun segno di fasi di impurità. Il rapporto di resistenza residua del cristallo cresciuto di flusso è 15 volte più piccolo del rapporto di resistenza residuo del cristallo di trasporto del vapore chimico, indicando più impurità cristallografiche o difetti nel campione coltivato di flusso e responsabile della più forte dispersione degli elettroni di conduzione e di una maggiore resistenza residua. La suscettibilità magnetica dei cristalli coltivati usando entrambe le tecniche era simile.

La suscettibilità magnetica è aumentata bruscamente a basse temperature e ha mostrato un leggero cambiamento di pendenza a circa 10K a causa della coerenza condominiale. La parte più importante di entrambi i processi è sigillare correttamente il tubo di quarzo. Una cattiva tenuta del tubo di quarzo può portare a una reazione indesiderata con l'aria che può essere un pericolo per la sicurezza.