銅氧化物高溫超導(dǎo)體空穴補(bǔ)償效應(yīng)和A位平均離子半徑效應(yīng)研究.pdf

1、高溫超導(dǎo)電性自1986年在銅氧化物中被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，迅速成為凝聚態(tài)物理研究的熱點(diǎn)。近二十年來(lái)，該體系得到了廣泛而深入的研究。這首先在于具有高溫超導(dǎo)電性的銅氧化物在應(yīng)用方面更有價(jià)值，而這種材料體系中還蘊(yùn)含著諸如贗能隙現(xiàn)象、電荷有序等豐富的物理內(nèi)容也是眾多物理學(xué)工作者們十分感興趣的課題。因此，對(duì)高溫超導(dǎo)電性機(jī)制和高溫超導(dǎo)體正常態(tài)輸運(yùn)性質(zhì)的研究，將會(huì)對(duì)凝聚態(tài)物理的許多領(lǐng)域起到重要推動(dòng)作用。 在過(guò)去的研究中，人們多用Cu位替代來(lái)研究銅氧化物

2、高溫超導(dǎo)體的超導(dǎo)機(jī)制。我們縱觀這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)Cu位替代對(duì)超導(dǎo)的抑制并非取決于雜質(zhì)離子是否具有磁性，而是由于摻雜引入了局域電子。因此在本論文中，我們對(duì)Cu位摻雜導(dǎo)致超導(dǎo)電性已被抑制的La系銅氧化物進(jìn)行進(jìn)一步Sr替代，通過(guò)磁性質(zhì)，輸運(yùn)行為和光學(xué)性質(zhì)等手段研究了空穴補(bǔ)償效應(yīng)對(duì)超導(dǎo)電性的影響。此外，我們對(duì)La系銅氧化物高溫超導(dǎo)體進(jìn)行A位摻雜研究，對(duì)這些材料的超導(dǎo)電性，磁性質(zhì)，光學(xué)性質(zhì)和正常態(tài)輸運(yùn)行為進(jìn)行了一些探討。有關(guān)內(nèi)容已在國(guó)內(nèi)外的雜志上

3、發(fā)表。 本論文分為五章。 第一章首先回顧了高溫超導(dǎo)電性研究的發(fā)展歷史和應(yīng)用背景，較詳細(xì)的介紹了銅氧化物高溫超導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)，電子結(jié)構(gòu)，超導(dǎo)電性，磁性質(zhì)以及導(dǎo)電行為等基本物理性質(zhì)，并對(duì)國(guó)際上關(guān)于高溫超導(dǎo)機(jī)制的解釋進(jìn)行了簡(jiǎn)單概要。同時(shí)也回顧了剛興起鐵基高溫超導(dǎo)體的發(fā)展歷史。 第二章著重介紹了La系銅氧化物高溫超導(dǎo)體的進(jìn)展，較詳細(xì)的介紹了La系銅氧化物高溫超導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)，超導(dǎo)相圖，磁性質(zhì)，過(guò)摻雜區(qū)，及條紋相等特殊的物理性質(zhì)。

4、重點(diǎn)介紹了La系銅氧化物高溫超導(dǎo)體銅位替代后物理現(xiàn)象和解釋機(jī)制。 第三章研究了La1.85-xSr0.15+xCu0.94M0.06O4(M= Mn and Ru)體系中空穴補(bǔ)償效應(yīng)的影響。通過(guò)直流磁化率的測(cè)量，我們發(fā)現(xiàn)隨引入空穴的增加，該體系中原被抑制的超導(dǎo)電性重現(xiàn)，并且隨空穴含量的增加，體系的Meissner體積和Tonsetc都先增加后減小，行成一個(gè)新的相圖。我們發(fā)現(xiàn)，Mn4+摻雜體系表現(xiàn)出兩次超導(dǎo)轉(zhuǎn)變，而在Ru4+摻雜系

5、統(tǒng)中只有一次超導(dǎo)轉(zhuǎn)變。低溫下，我們還觀察到了超導(dǎo)電性和順磁共存。我們認(rèn)為這些現(xiàn)象是由于Sr摻雜所引入的空穴逐漸補(bǔ)償了高價(jià)態(tài)雜質(zhì)的電子。這種補(bǔ)償效應(yīng)被我們紅外吸收光譜所證實(shí)。補(bǔ)償效應(yīng)還對(duì)兩次超導(dǎo)相變和一次超導(dǎo)相變給出了合理的解釋。 第四章分別系統(tǒng)地研究了Ni和Zn摻雜的La0.15Sr0.15CuO4體系的空穴補(bǔ)償效應(yīng)。在Ni摻雜系統(tǒng)中，隨著空穴的增加超導(dǎo)電性重現(xiàn)了，而在Zn摻雜系統(tǒng)我們沒(méi)有觀察到任何超導(dǎo)電性存在的證據(jù)。我們將其原

6、因歸因于Zn不能形成八面體，因此Zn的d軌道不能與周圍氧成鍵，Zn上的局域電子不能被引入空穴所補(bǔ)償。 第五章系統(tǒng)地研究了La1.85M0.15CuO4體系中A位平均半徑對(duì)超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc的影響。隨著Sr不斷被Ca或Ba替代，體系Tc逐漸下降。在高壓下La1.85Ca0.15CuO4的Tc對(duì)外加壓力不敏感，這一現(xiàn)象不能被先前的模型所解釋。我們認(rèn)為銅原子的d軌道和氧原子的p軌道的pdσ雜化程度決定了Tc，而A位半徑則決定pdσ雜化程