金屬氧化物功能材料奇異電子結構的高分辨角分辨光電子能譜研究.pdf

1、強關聯電子材料,特別是金屬氧化物材料,因具有多自由度競爭(電荷、自旋、軌道、晶格等)和低維性,呈現出豐富多彩的物理性質和物質形態(tài)(例如,高溫超導,巨熱電勢效應等),以及潛在的巨大應用價值,不僅成為凝聚態(tài)物理學界最熱門的研究課題,更得到工業(yè)界的廣泛關注。近年來,隨著研究的不斷深入,新型非常規(guī)高溫超導體和更高熱電系數材料的不斷出現,金屬氧化物功能材料引起越來越廣泛的興趣,促進了物理、化學、材料學等多個學科科學家間的緊密合作。目前,同步輻射技

2、術與實驗儀器的不斷進步,為研究各種新型材料提供了強大的實驗工具,并已有效地應用于研究新型電子材料的電子結構、相變和各種有序現象、小尺度結構和微量分析等方面。其中,角分辨光電子能譜作為目前唯一可以同時測量固體中費米能級附近電子能帶結構、價電子的能量、運動方向和散射性質的實驗手段,被廣泛的應用于研究各種關聯電子材料的電子結構、相變及其中的各種有序現象。本文介紹了利用高分辨角分辨光電子能譜技術對具有高熱電系數的不匹配層狀結構氧化物和三角晶格鈷

3、氧化合物,以及新發(fā)現的鐵基高溫超導體等材料的電子結構進行系統的研究,得到了以下結果:1.結合同步輻射技術,利用高分辨角分辨光電子能譜對具有巨熱電系數的不匹配層狀結構氧化物材料Bi2Ba1.3K0.6Co2.1O7.94(BBKCO)的電子結構進行了細致的研究,揭示了在巨大應變存在下氧化物界面的電子結構。BBKCO的結構是由交替堆疊的巖鹽結構[BiO/BaO]層和六角的[CoO2]層構成,我們發(fā)現不同氧化物層的低能電子態(tài)被分別局限在界面兩

4、邊的各自層內,但是仍然會受到另一邊的非公度晶體場的散射作用。并且,由于巖鹽層[BiO/BaO]巨大應力的存在,而導致產生大的電荷轉移到鄰近的[CoO2]層。此外,我們還發(fā)現另一個奇異的性質,就是由于界面效應而被增強的電子-聲子相互作用。我們的工作為理解氧化物界面上的物理問題提供了電子結構基礎,并且也為將來設計氧化物電子學器件提供了重要的指導意義。2.利用高分辨角分辨光電子能譜技術對不同摻雜三角晶格鈷氧化合物AxCoO2(A=Na,K)的

5、電子結構進行了系統研究。這類材料不僅具有較高的熱電系數,其中NaxCoO2還是非常規(guī)超導體NaxCoO2·yH2O的母體材料,因此研究AxCoO2的電子結構及費米面的拓撲結構對解釋其超導機理及熱電性能有著重要的輔助作用。我們通過對不同摻雜樣品的測量比較,得到了母體材料AxCoO2細致的能帶結構、準粒子散射率及費米面拓撲結構等信息,加深了對這類鈷氧化合物及其超導樣品的理解。3.對新型鐵基高溫超導體SmO1-xFxFeAs的電子結構進行了角

6、積分光電子能譜研究。我們通過研究1111系鐵基超導體SmO1-xFxFeAs費米面附近的態(tài)密度隨著溫度變化而發(fā)生的演化,發(fā)現隨著溫度降低,在所有摻雜樣品中都存在明顯的態(tài)密度壓制,并且觀察到了兩個特征能量尺度——10meV和80meV。但是,這兩個能量尺度并不隨著摻雜變化而發(fā)生變化,存在于所有摻雜樣品中。對于10meV能量尺度的態(tài)密度壓制,我們認為是由于反常的不隨摻雜變化的正常態(tài)贗能隙導致的,當進入超導態(tài)時,它將演變?yōu)槌瑢芟?而對于80

7、meV的壓制,我們提醒指出,這可能是由于多晶樣品中的雜質因素導致的。我們的工作在鐵基超導體發(fā)現早期,首先對該類樣品進行了系統細致的光電子能譜研究,為后續(xù)研究提供了很好的參考作用。4.利用高分辨角分辨光電子能譜技術對新型鐵基超導體BaFe2-xNixAs2(x=0.1,0.16,0.2)單晶樣品的電子結構進行了系統研究。我們的結果顯示,作為122系鐵基超導體母體材料的BaFe2As2的Fe位原子被同樣帶有磁性的Ni原子替代,這三種摻雜樣中