Porównanie dwóch różnych metod syntezy monokryształów nadprzewodzącego dwutellurku uranu

Demonstrujemy metody niezawodnej syntezy monokryształów ditellurku uranu, których nie posiada żaden z nadprzewodników, co ma kluczowe znaczenie dla badania egzotycznego nadprzewodnictwa spinowo-trypletowego. Postępując zgodnie z tą recepturą transportu pary, niezawodnie uzyskamy próbki dwutellurku uranu, które wykazują nadprzewodnictwo objętościowe. Nie osiąga się tego za pomocą innych metod.

Metoda ta ma wpływ na badania nad nadprzewodnictwem spinowym, trypletowym i topologicznym, a także skorelowanymi elektronami. Wszystkie te obszary mieszczą się w dziedzinie materiałów kwantowych. Procedurę zademonstruje Sheng Ran, adiunkt na Uniwersytecie Waszyngtońskim w St. Louis, który jest badaczem podoktoranckim w mojej grupie.

Zacznij od zważenia odpowiedniej ilości pierwiastkowego telluru w zależności od ilości oczyszczonego uranu przy stosunku atomowym uranu do telluru wynoszącym od dwóch do trzech. Odważyć odpowiednią ilość jodu, która ma być użyta podczas syntezy. Wybierz długości rur tak, aby rura obejmowała piec, a każdy koniec znajdował się w jednej ze stref temperatury, upewniając się, że średnica dobrze pasuje do pieca.

Zamknij jeden koniec stopionej rurki kwarcowej za pomocą palnika wodorowego lub dowolnej palnika, który wytwarza wystarczającą ilość ciepła, aby zmiękczyć stopiony kwarc. Gdy rurka jest wystarczająco zimna, umieść wszystkie materiały w rurce kwarcowej. Przeciągnij rurkę w szyjkę i użyj pompy próżniowej, aby opróżnić rurkę i uszczelnić rurkę palnikiem.

Włóż rurkę do dwustrefowego poziomego pieca rurowego, upewniając się, że wszystkie surowce przesuwają się na gorącą stronę rury. W ciągu 12 godzin podgrzej gorącą stronę rurki do 1 060 stopni Celsjusza, drugą stronę do 1 000 stopni Celsjusza i utrzymuj temperaturę przez tydzień. Następnie wyłącz piec, aby rurka powoli ostygła, aby osiągnąć temperaturę pokojową.

Zważyć uran i tellur zgodnie ze stosunkiem atomowym od jednego do trzech. Umieść wszystkie materiały w dwumilimetrowym tyglu z tlenku glinu. Gdy rurka jest wystarczająco zimna, umieść dwa tygle w rurce kwarcowej o średnicy wewnętrznej 14 milimetrów.

Zamknij jeden koniec stopionej rurki kwarcowej za pomocą palnika. Po przekręceniu rurki użyj suchej pompy próżniowej, aby opróżnić rurkę, a następnie uszczelnij rurkę palnikiem. Umieść uszczelnioną rurkę kwarcową w 50-mililitrowym tyglu z tlenku glinu, który będzie używany jako zewnętrzny pojemnik zapewniający stabilność.

Umieścić tygiel zawierający rurkę kwarcową w piecu skrzynkowym, a następnie ogrzać i schłodzić piec zgodnie z opisem w rękopisie tekstowym. Przygotuj wirówkę z odchylanym wirnikiem i metalowymi wiadrami. Użyj szczypiec pieca, aby wyjąć rurkę kwarcową z pieca, odwróć rurkę i obracaj rurkę z prędkością 2 500 razy G przez 10 do 20 sekund, aby oddzielić nadmiar ciekłego telluru od kryształów ditellurku uranu.

Pozwól rurce ostygnąć do temperatury pokojowej. Kryształy otrzymane za pomocą chemicznego transportu par i kryształy wyhodowane przez topnik wyglądały podobnie i nie były łatwe do odróżnienia przez oględziny. Pomiary dyfrakcji rentgenowskiej wykonano na rozdrobnionych monokryształach otrzymanych obiema technikami w celu potwierdzenia struktury krystalicznej.

Struktura krystaliczna była podobna przy użyciu obu technik, bez śladu faz zanieczyszczeń. Współczynnik rezystancji resztkowej kryształu wyhodowanego strumieniem jest 15 razy mniejszy niż współczynnik rezystancji resztkowej kryształu transportu pary chemicznej, co wskazuje na więcej zanieczyszczeń krystalograficznych lub defektów w próbce wyhodowanej przez strumień i odpowiada za silniejsze rozpraszanie elektronów przewodnictwa i wyższą rezystancję resztkową. Podatność magnetyczna kryształów wyhodowanych przy użyciu obu technik była podobna.

Podatność magnetyczna gwałtownie wzrosła w niskich temperaturach i wykazała niewielką zmianę nachylenia przy około 10 K ze względu na spójność kondominium. Najważniejszą częścią obu procesów jest prawidłowe uszczelnienie rurki kwarcowej. Złe uszczelnienie rurki kwarcowej może prowadzić do niepożądanej reakcji z powietrzem, co może stanowić zagrożenie dla bezpieczeństwa.