一維電子體系及鐵基超導體電荷序的掃描隧道顯微術研究.pdf

1、一維納米材料和強關聯(lián)材料是近些年凝聚態(tài)領域研究的熱點。在這類體系中，自旋、電荷、軌道和晶格的自由度高度關聯(lián)，各種相互作用之間的競爭和耦合產(chǎn)生了復雜的相圖以及有趣的物理現(xiàn)象，電荷序便是其中之一。一維系統(tǒng)中的電荷密度波以及強關聯(lián)系統(tǒng)中高溫超導的物理性質都與電荷序有著密切的聯(lián)系。
　　 然而對于電荷序自身性質的研究還不是很多，尤其是在微觀尺度下的研究就更少了。掃描隧道顯微鏡原子級的空間分辨率以及高能量分辨率可以對這類材料的物理性質以及

2、能帶結構進行深入地研究。本篇論文主要利用掃描隧道顯微術對一維納米鏈以及鐵基超導材料進行了系統(tǒng)研究，通過這類微觀尺度上的研究，有助于我們更進一步了解電荷序在一維體系以及強關聯(lián)體系中的性質。
　　 我們的論文首先介紹了掃描隧道顯微鏡的基本原理，此后又簡單介紹了一維體系和強關聯(lián)體系的基本物理性質以及利用掃描隧道顯微術對其進行研究的現(xiàn)狀。我們最主要的工作是研究了一維體系的拓撲孤子激發(fā)。在一維納米鏈里，孤子是電荷密度波的激發(fā)態(tài)，對孤子的研

3、究有助于了解它在這種一維電荷有序系統(tǒng)中所起的作用。我們利用掃描隧道顯微術并結合第一性原理的計算研究了Si(111)-In鏈上的拓撲孤子結構。并且通過改變溫度得到了孤子的生成能、激活能等，進一步的研究還表明局部電場能夠增加孤子的運動幾率。與此同時對兩個孤子之間的相互作用我們也做了比較深入的研究。
　　 該體系中我們除了研究孤子的性質，還發(fā)現(xiàn)Si(111)-(8×2)-In表面存在著明顯的電荷不均勻性，這種不均勻性會對一維納米鏈中的

4、電荷有序產(chǎn)生極大影響，進一步的研究發(fā)現(xiàn)這種不均勻性主要和表面缺陷所導致的應力場有關。我們還發(fā)現(xiàn)針尖的電場對絕緣相也會產(chǎn)生較大的影響，因此通過針尖的電場可以調控表面電荷的不均勻性，進而對納米鏈上的電荷有序進行調控。我們還利用Si(111)-(4×1)-In表面作為一維模板，對表面上的并五苯分子進行組裝，結果發(fā)現(xiàn)這種一維模板很容易讓表面的分子沿著一維的方向自組裝。
　　 由于新型鐵基超導材料的表面結構及電荷序的研究還不是很多，尤其是

5、在原子尺度下對于不同摻雜的鐵基超導研究還沒有，因此我們利用掃描隧道顯微鏡研究了鐵基超導BaFe2-xCoxAs2的三種重構的解理面，并對各種摻雜濃度樣品的√2×√2重構進行了具體的研究。我們發(fā)現(xiàn)這種√2×√2的重構主要是由半個Ba層構成，并通過理論計算證實了這一點。同時在√2×√2重構中發(fā)現(xiàn)了電荷的不均勻性。對于所有摻雜濃度的樣品，還觀察到一個30meV的能隙。這點也充分反映了對于鐵基超導材料，表面的重構對表面的超導特性以及電荷序有較大