Authors:	Shylin, Sergii
Title:	Conventional and unconventional superconductivity in chalcogenides under high pressure
Online publication date:	17-May-2017
Year of first publication:	2017
Language:	english
Abstract:	A superconductor is a material that can conduct electricity without resistance below a critical temperature Tc. Nowadays, technological applications of superconductors include the design of electromagnets, which are used in MRI/NMR machines, mass spectrometers, particle accelerators, and Josephson junctions, which are the building blocks of the most sensitive magnetometers, particle detectors, including superconducting bolometers and transition edge sensors, as well as low-loss power cables and power storage devices. Therefore, the investigation of high-temperature superconductors is one the most important and challenging problems in the field of solid-state physics and chemistry. Iron chalcogenides are a relatively young and promising family of superconductors. Since the nature of superconductivity in these materials is not fully understood (they are unconventional superconductors), the prospects for the development of their properties are not clear. Applying Mössbauer spectroscopy techniques in combination with magnetic susceptibility and transport measurements under pressure to the simplest systems based mainly on FeSe, we showed how magnetism and superconductivity interact in iron chalcogenides. Magnetic and/or superconducting properties of these materials can be tuned via metal doping, chalcogen substitution or chemical intercalation. Spin fluctuations in high-Tc Lix(NH2)y(NH3)1-yFe2Se2 were shown to be responsible for superconducting pairing at ambient and under applied pressure. For FeSe0.5Te0.5, the electronic phase diagram was investigated, and a structural phase transition associated with disappearance of superconductivity was described. Phase separation in ThCr2Si2-type superconductors was probed by chemical modification using Mössbauer spectroscopy. It was shown that interplay between antiferromagnetic and paramagnetic iron centres, which are responsible for superconducting pairing in RbxFeySe2 series, might be tuned by doping or varying stoichiometry. In contrast to Fe-based materials, metallization of hydrogen sulfide under pressure leaded to the appearance of conventional superconductivity with Tc as high as 203 K, which is 39 K above the previous record in cuprate superconductors. The Meissner effect in H2S under pressure of 155 GPa was demonstrated. Its fundamental parameters, critical field, London penetration depth and coherence length, were found and evidenced that H2S under pressure is a type-II superconductor. A pronounced isotope shift of Tc in D2S suggested an electron-phonon mechanism of superconductivity that is consistent with the Bardeen–Cooper–Schrieffer scenario. The latest says that the presence of hydrogen is a key to the record-high Tc, raising the prospect that even higher transition temperatures – possibly even approaching room temperature – will be discovered in other hydrogen-dominant systems. Supraleiter ist ein Material, das Strom ohne Widerstand unterhalb einer kritischen Temperatur Tc leiten kann. Heutzutage beinhalten technologische Anwendungen von Supraleitern die Konstruktion von Elektromagneten, die in MRI / NMR-Maschinen, Massenspektrometern, Teilchenbeschleunigern und Josephson-Übergängen verwendet werden, die die Bausteine ​​der empfindlichsten Magnetometer, Teilchendetektoren, einschließlich supraleitender Bolometer und Übergang sind Kanten-Sensoren, sowie verlustarme Stromkabel und Stromspeicher. Daher ist die Untersuchung von Hochtemperatur-Supraleitern eines der wichtigsten und herausfordernden Probleme auf dem Gebiet der Festkörperphysik und Chemie. Eisenchalcogenide sind eine relativ junge und vielversprechende Familie von Supraleitern. Da die Natur der Supraleitung in diesen Materialien nicht vollständig verstanden wird (sie sind unkonventionelle Supraleiter), sind die Aussichten für die Entwicklung ihrer Eigenschaften nicht klar. Bei der Anwendung von Mössbauer-Spektroskopie-Techniken in Kombination mit magnetischer Suszeptibilität und Transportmessungen unter Druck auf die einfachsten Systeme, die hauptsächlich auf FeSe basieren, haben wir gezeigt, wie Magnetismus und Supraleitung in Eisenchalcogeniden wechselwirken. Magnetische und / oder supraleitende Eigenschaften dieser Materialien können über Metalldotierung, Chalkogensubstitution oder chemische Interkalation abgestimmt werden. Spin-Fluktuationen in High-Tc Lix (NH2) y (NH3) 1-yFe2Se2 wurden für die supraleitende Paarung bei Umgebungstemperatur und unter angelegtem Druck verantwortlich gemacht. Für FeSe0.5Te0.5 wurde das elektronische Phasendiagramm untersucht und ein struktureller Phasenübergang, der mit dem Verschwinden der Supraleitung verbunden ist, beschrieben. Die Phasentrennung in ThCr2Si2-Supraleitern wurde durch chemische Modifikation mittels Mössbauer-Spektroskopie untersucht. Es wurde gezeigt, dass das Zusammenspiel von antiferromagnetischen und paramagnetischen Eisenzentren, die für die supraleitende Paarung in der RbxFeySe2-Reihe verantwortlich sind, durch Dotierung oder variierende Stöchiometrie abgestimmt werden könnte. Im Gegensatz zu Fe-basierten Materialien führte die Metallisierung von Schwefelwasserstoff unter Druck auf das Aussehen der konventionellen Supraleitung mit Tc bis zu 203 K, was 39 K über dem bisherigen Rekord in Cuprat-Supraleitern liegt. Der Meissner-Effekt bei H2S unter einem Druck von 155 GPa wurde nachgewiesen. Seine grundlegenden Parameter, das kritische Feld, die Londoner Eindringtiefe und die Kohärenzlänge wurden gefunden und belegt, dass H2S unter Druck ein Typ-II-Supraleiter ist. Eine ausgeprägte Isotopenverschiebung von Tc in D2S schlug einen Elektron-Phonon-Mechanismus der Supraleitung vor, der mit dem Bardeen-Cooper-Schrieffer-Szenario übereinstimmt. Die neueste sagt, dass die Anwesenheit von Wasserstoff ein Schlüssel für den Rekordhoch Tc ist, was die Aussicht aufbaut, dass noch höhere Übergangstemperaturen - eventuell sogar annähernde Raumtemperatur - in anderen Wasserstoff-dominanten Systemen entdeckt werden.
DDC:	540 Chemie 540 Chemistry and allied sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-833
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000013050
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	75 Blätter
Appears in collections:	JGU-Publikationen