一种基于笼目结构的MgB3超导体材料

一种基于笼目结构的mgb3超导体材料
技术领域
1.本发明属于超导新材料技术领域，具体涉及一种基于笼目结构的mgb3超导体材料。


背景技术：

2.近两年来，具有笼目结构的材料吸引了极大的研究兴趣，并取得了一些重要的研究进展。研究发现，笼目结构材料可以表现出许多优异的物理性质，例如平带、超导、非平庸的拓扑性质、电荷密度波、对密度波、相列相、反常霍尔效应、时间反演对称性破缺电荷序等。最近报道取得重要研究进展的笼目结构材料有fe3sn2（不超导）、cosn型家族材料（超导转变温度小于1.9k）、av3sb5家族材料（超导转变温度介于0.9到2.8k）、av6sb6家族材料（不超导）、laru3si2（超导转变温度小于7k），这些笼目结构材料比较重且超导转变温度较低，甚至不超导。因此迫切需要研究发明一种结构简单、质量更轻、超导转变温度更高且性质更丰富的笼目结构超导体材料。在基础研究和应用前景方面，镁硼化物（例如mgb2）一直是一种重要的超导材料，然而其是否能够形成笼目结构的mgb3超导体材料未见相关报道。


技术实现要素：

3.本发明解决的技术问题是提供了一种结构简单、质量轻、超导转变温度高、应力应变可调且性质丰富的基于笼目结构的mgb3超导体材料，该基于笼目结构的mgb3超导体材料能够作为性能优异的超导材料和拓扑材料。
4.本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种基于笼目结构的mgb3超导体材料，其特征在于：所述mgb3超导体材料是由笼目结构的硼原子层和菱形结构的镁原子层交错堆叠而成的范德华层状材料，该mgb3超导体材料晶格结构信息为：镁原子处于两个笼目结构的硼原子层的六元环的中心位置，晶体空间群为p6/mmm，晶格常数为a=3.465
å
，c=3.593
å
，b-b原子键长为1.733
å
。
5.进一步限定，在常压下，所述基于笼目结构的mgb3超导体材料的本征超导转变温度为12.2k，通过施加外部应力应变，所述基于笼目结构的mgb3超导体材料的超导转变温度为15.4k。
6.本发明与现有技术相比具有以下优点和有益效果：本发明所述的基于笼目结构的mgb3超导体材料具有结构简单、质量轻及本征超导转变温度高的特点，是已知的笼目结构超导体中最高的；该基于笼目结构的mgb3超导体材料的超导转变温度可通过外部应力应变微调，同时该基于笼目结构的mgb3超导体材料还具有其它一些独特的物理特性，如具有范霍夫奇点、平带、多狄拉克点和非平庸的拓扑性质等。
附图说明
7.图1是基于笼目结构的mgb3超导块体的晶体结构示意图，图1(a)为俯视图，图1(b)为侧视图，由图可知硼原子层为笼目晶格，由六元环和三角晶格组成，两个笼目硼原子层的
六元环的中心为镁原子。
8.图2是基于mgb3超导块体的压力-超导转变温度曲线图。
具体实施方式
9.以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
实施例
10.本发明构造了由笼目结构的硼原子层和菱形结构的镁原子层交错堆叠而成的范德华层状笼目结构mgb3超导体材料，该mgb3超导体材料晶格结构信息为：镁原子处于两个笼目结构的硼原子层的六元环的中心位置，晶体空间群为p6/mmm，晶格常数为a=3.465
å
，c=3.593
å
，b-b原子键长为1.733
å
。该mgb3超导体材料的制备过程参考mgb2超导材料的制备方法，例如混合物理化学气相沉积法、粉末法、固相反应法、电子束蒸发法、共蒸发法、溅射法等，并通过具体控制理论摩尔配比即可得到。
11.本发明通过使用业界先进的超导体密度泛函方法测试了其超导转变温度，并通过施加外部应力应变来调控其超导转变温度。通过对其超导电性的测量，揭示了该基于笼目结构的mgb3超导体材料具有高超导转变温度性质，在常压下，该基于笼目结构的mgb3超导体材料的本征超导转变温度为12.2k，为已知的笼目型超导体材料的最高超导转变温度，为进一步制备具有结构简单、质量轻、转变温度高的超导材料提供了重要理论依据和具体结构模型数据。通过对其施加外部应力应变，该基于笼目结构的mgb3超导体材料的超导转变温度可通过外部应力应变微调，其超导转变温度可提高到15.4k。
12.以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。


技术特征：
1.一种基于笼目结构的mgb3超导体材料，其特征在于：所述mgb3超导体材料是由笼目结构的硼原子层和菱形结构的镁原子层交错堆叠而成的范德华层状材料，该mgb3超导体材料晶格结构信息为：镁原子处于两个笼目结构的硼原子层的六元环的中心位置，晶体空间群为p6/mmm，晶格常数为a=3.465
å
，c=3.593
å
，b-b原子键长为1.733
å
。2.根据权利要求1所述的基于笼目结构的mgb3超导体材料，其特征在于：在常压下，所述基于笼目结构的mgb3超导体材料的本征超导转变温度为12.2k，通过施加外部应力应变，所述基于笼目结构的mgb3超导体材料的超导转变温度为15.4k。

技术总结
本发明公开了一种基于笼目结构的MgB3超导体材料，所述MgB3超导体材料是由笼目结构的硼原子层和菱形结构的镁原子层交错堆叠而成的范德华层状材料，该MgB3超导体材料晶格结构信息为：镁原子处于两个笼目结构的硼原子层的六元环的中心位置，晶体空间群为P6/mmm，晶格常数为a=3.465


技术研发人员：安义鹏 李丹 朱明甫 孙爱丽 康军帅 武大鹏 武志强 马传琦 刘尚鑫 王金凤 宋桂林 张娜
受保护的技术使用者：河南师范大学
技术研发日：2022.08.24
技术公布日：2022/12/1