两种不同合成方法制备超导二碲化铀单晶的比较

我们展示了可重复地合成单晶二碲化铀的方法，这些晶体要么表现出超导性，要么不表现出超导性，这对于研究奇异的自旋三重态超导性至关重要。采用这种气相输运方法，我们能够稳定地获得表现出体超导性的二碲化铀样品，而其他方法无法实现这一目标。

该方法对自旋三重态和拓扑超导性以及关联电子的研究具有重要影响，这些领域均属于量子材料的研究范畴。演示该实验流程的是圣路易斯华盛顿大学的助理教授冉升，他目前是我课题组的一名博士后研究员。

根据已清洗的铀的量，按照铀与碲的原子比为2:3，称取相应质量的单质碲。称取适量碘用于合成反应。选择合适长度的管子，使其横跨炉体，两端分别置于不同的温区，并确保管子直径与炉膛匹配良好。

使用氢气喷灯或任何能够产生足够热量以软化熔融石英的喷灯，将一根熔融石英管的一端封闭。待石英管冷却至适当温度后，将所有材料放入石英管中。将管子拉细，连接真空泵抽真空，然后用喷灯将管子密封。

将试管放入双区水平管式炉中，确保所有原料滑至试管的高温端。在12小时内，将试管高温端加热至1,060摄氏度，另一端加热至1,000摄氏度，并在此温度下保持一周。随后关闭炉子，使试管缓慢冷却至室温。

按照一比三的原子比例称取铀和碲。将所有材料放入一个两毫米的氧化铝坩埚中。待试管充分冷却后，将两个坩埚放入内径为14毫米的石英管中。

使用喷灯将一根熔融石英管的一端封闭。在拉细管口后，用干燥真空泵抽空石英管，然后用喷灯将管子密封。将密封好的石英管放入一个50毫升的氧化铝坩埚中，作为外部容器以提供稳定性。

将装有石英管的坩埚放入箱式炉中，然后按照文稿所述对炉子进行加热和冷却。准备一台配有摆动转子和金属桶的离心机。使用炉钳将石英管从炉中取出，倒置石英管，并以2,500 ×g 的转速离心10至20秒，以分离多余的液态碲与二碲化铀晶体。

让离心管冷却至室温。通过化学气相输运法和助熔剂法生长的晶体外观相似，肉眼难以区分。为确认晶体结构，对两种方法获得的单晶进行研磨，并对其粉末样品进行了X射线衍射测量。

两种技术生长的晶体结构相似，且无杂质相的迹象。助熔剂法生长晶体的剩余电阻比比化学气相输运法生长晶体的剩余电阻比小15倍，表明助熔剂法生长样品中存在更多的晶体学杂质或缺陷，导致传导电子散射更强以及剩余电阻更高。两种技术生长的晶体的磁化率相似。

在低温下，磁化率急剧上升，并由于共导相干性在约10 K时表现出轻微的斜率变化。两个过程中最重要的步骤是正确密封石英管。石英管密封不良可能导致与空气发生不期望的反应，从而造成安全隐患。