مقارنة بين طريقتين مختلفتين لتوليف بلورات مفردة من ثنائي تيلوريد اليورانيوم فائق التوصيل

نحن نوضح طرقا لتوليف بلورات مفردة موثوقة من ثنائي تيلوريد اليورانيوم لا يفعلها أي من الموصلين الفائقين ، وهو أمر بالغ الأهمية لدراسة الموصلية الفائقة الثلاثية الغريبة. باتباع وصفة نقل البخار هذه ، سنخرج بشكل موثوق عينات من ثنائي تيلوريد اليورانيوم التي تظهر الموصلية الفائقة السائبة. لا يتم تحقيق ذلك باستخدام طرق أخرى.

تؤثر هذه الطريقة على الأبحاث حول الموصلية الفائقة الثلاثية والطوبولوجية ، وكذلك الإلكترونات المترابطة. كل هذه المجالات تقع في مجال المواد الكمومية. سيوضح الإجراء شنغ ران ، وهو أستاذ مساعد في جامعة واشنطن في سانت لويس وهو باحث ما بعد الدكتوراه في مجموعتي.

ابدأ بوزن الكمية المناسبة من التيلوريوم الأولي اعتمادا على كمية اليورانيوم النظيف عند النسبة الذرية لليورانيوم إلى التيلوريوم من اثنين إلى ثلاثة. وزن كمية مناسبة من اليود لاستخدامها أثناء التوليف. حدد أطوال الأنبوب بحيث يمتد الأنبوب على الفرن ويجلس كل طرف في إحدى مناطق درجة الحرارة ، مما يضمن أن القطر يتناسب بشكل جيد مع الفرن.

أغلق أحد طرفي أنبوب الكوارتز المنصهر باستخدام شعلة الهيدروجين أو أي شعلة تنتج حرارة كافية لتليين الكوارتز المنصهر. بمجرد أن يصبح الأنبوب باردا بما فيه الكفاية ، ضع جميع المواد في أنبوب الكوارتز. قم بعنق الأنبوب واستخدم مضخة تفريغ لإخلاء الأنبوب وإغلاق الأنبوب بالشعلة.

أدخل الأنبوب في فرن أنبوب أفقي ثنائي المناطق ، مما يضمن انزلاق جميع المواد الخام إلى الجانب الساخن من الأنبوب. على مدار 12 ساعة ، سخني الجانب الساخن من الأنبوب إلى 1،060 درجة مئوية ، والجانب الآخر عند 1،000 درجة مئوية واحتفظ بدرجة الحرارة لمدة أسبوع واحد. ثم أطفئ الفرن للسماح للأنبوب بأن يبرد ببطء للوصول إلى درجة حرارة الغرفة.

وزن اليورانيوم والتيلوريوم وفقا للنسبة الذرية من واحد إلى ثلاثة. ضع جميع المواد في بوتقة ألومنيوم بمليمترين. بمجرد أن يصبح الأنبوب باردا بما فيه الكفاية ، ضع البوتقتين في أنبوب كوارتز يبلغ قطره الداخلي 14 ملم.

أغلق أحد طرفي أنبوب الكوارتز المنصهر باستخدام شعلة. بعد عنق الأنبوب، استخدم مضخة تفريغ جافة لإخلاء الأنبوب ثم قم بإغلاق الأنبوب بالشعلة. ضع أنبوب الكوارتز المختوم في بوتقة ألومينة سعة 50 ملليلتر لاستخدامها كحاوية خارجية لتحقيق الاستقرار.

ضع البوتقة التي تحتوي على أنبوب الكوارتز في فرن صندوقي ، ثم قم بتسخين وتبريد الفرن كما هو موضح في مخطوطة النص. قم بإعداد جهاز طرد مركزي مع دوار متأرجح ودلاء معدنية. استخدم ملقط الفرن لإخراج أنبوب الكوارتز من الفرن ، وعكس الأنبوب ، وتدوير الأنبوب عند 2،500 مرة G لمدة 10 إلى 20 ثانية لفصل التيلوريوم السائل الإضافي عن بلورات ثنائي تيلوريد اليورانيوم.

دع الأنبوب يبرد إلى درجة حرارة الغرفة. بدت البلورات التي تم الحصول عليها باستخدام نقل البخار الكيميائي والبلورات المزروعة بالتدفق متشابهة ولم يكن من السهل تمييزها عن طريق الفحص البصري. تم إجراء قياسات حيود الأشعة السينية على بلورات مفردة مسحوقة تم الحصول عليها من كلتا التقنيتين لتأكيد البنية البلورية.

كان الهيكل البلوري مشابها باستخدام كلتا التقنيتين دون أي علامة على مراحل الشوائب. نسبة المقاومة المتبقية للبلورة المزروعة بالتدفق أصغر 15 مرة من نسبة المقاومة المتبقية لبلورة نقل البخار الكيميائي ، مما يشير إلى المزيد من الشوائب أو العيوب البلورية في العينة المزروعة بالتدفق والمسؤولة عن تشتت أقوى لإلكترونات التوصيل ومقاومة متبقية أعلى. كانت القابلية المغناطيسية للبلورات المزروعة باستخدام كلتا التقنيتين متشابهة.

زادت القابلية المغناطيسية بشكل حاد في درجات الحرارة المنخفضة وأظهرت تغيرا طفيفا في المنحدر عند حوالي 10 كيلومترات بسبب تماسك الشقة. الجزء الأكثر أهمية في كلتا العمليتين هو إغلاق أنبوب الكوارتز بشكل صحيح. يمكن أن يؤدي الختم السيئ لأنبوب الكوارتز إلى رد فعل غير مرغوب فيه مع الهواء والذي يمكن أن يكون خطرا على السلامة.