超伝導ジテルル化ウラン単結晶の合成方法の比較

我々は、いずれの超伝導体にも存在しないジテルル化ウランの単結晶を確実に合成する方法を実証するが、これはエキゾチックなスピン三重項超伝導の研究に極めて重要である。この蒸気輸送のレシピに従って、バルク超伝導を示す二テルル化ウランサンプルを確実に生成します。これは、他の方法では達成されません。

この手法は、スピントリプレットやトポロジカル超伝導、相関電子の研究に影響を与えます。これらの分野はすべて量子材料の分野に分類されます。この手順を実演するのは、セントルイスのワシントン大学の助教授で、私のグループのポスドク研究員であるSheng Ranです。

まず、洗浄されたウランの量に応じて、ウランとテルルの原子比を2~3の原子比で適量の元素テルルを秤量することから始めます。合成時に使用するヨウ素を適量秤量する。チューブが炉にまたがり、両端が温度ゾーンの1つに座って、直径が炉内によく収まるようにチューブの長さを選択します。

水素トーチまたは溶融石英を柔らかくするのに十分な熱を生成するトーチを使用して、溶融石英チューブの一方の端を閉じます。チューブが十分に冷えたら、すべての材料を石英チューブに入れます。チューブをネックにし、真空ポンプを使用してチューブを排気し、チューブをトーチで密封します。

チューブを2ゾーンの水平チューブ炉に挿入し、すべての原材料がチューブの高温側にスライドすることを確認します。12時間かけて、チューブの高温側を摂氏1,060度に加熱し、反対側を摂氏1,000度に加熱し、温度を1週間保持する。その後、炉の電源を切り、チューブを室温に達するまでゆっくりと冷却します。

ウランとテルルを1対3の原子比で秤量する。すべての材料を2ミリメートルアルミナるつぼに入れます。チューブが十分に冷えたら、2つのるつぼを内径14ミリメートルの石英チューブに入れます。

トーチを使用して溶融石英管の一方の端を閉じます。チューブをネックした後、ドライ真空ポンプを使用してチューブを排気し、チューブをトーチで密封します。密封された石英管を50ミリリットルのアルミナるつぼに入れ、安定性のために外装容器として使用する。

石英管の入ったるつぼを箱型炉に入れ、本文原稿に記載したように炉を加熱・冷却します。スイングアウトローターと金属製のバケツを備えた遠心分離機を準備します。炉のトングを使用して石英管を炉から取り出し、管を反転させ、チューブを2,500倍のGで10〜20秒間回転させ、余分な液体テルルを二テルル化ウラン結晶から分離する。

チューブを室温まで冷まします。化学蒸気輸送を用いて得られた結晶とフラックス成長結晶は類似しており、目視では容易に区別できなかった。両技術から得られた破砕単結晶についてX線回折測定を行い、結晶構造を確認した。

結晶構造は、不純物相の徴候なしに両方の技術を用いて類似していた。フラックス成長結晶の残留抵抗率は、化学蒸気輸送結晶の残留抵抗比よりも15倍小さく、フラックス成長試料中の結晶学的不純物または欠陥が多く、伝導電子のより強い散乱およびより高い残留抵抗の原因となる。両方の技術を用いて成長させた結晶の磁化率は類似していた。

磁化率は低温で急激に増加し、コンドミニアムのコヒーレンスにより約10Kでわずかな傾き変化を示した。両方のプロセスの最も重要な部分は、石英管を適切に密封することです。石英管のシールが悪いと、空気との望ましくない反応が起こり、安全上の問題になる可能性があります。