銅氧化物高溫超導體空穴補償效應和A位平均離子半徑效應研究.pdf

1、高溫超導電性自1986年在銅氧化物中被發(fā)現(xiàn)以來，迅速成為凝聚態(tài)物理研究的熱點。近二十年來，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電性的銅氧化物在應用方面更有價值，而這種材料體系中還蘊含著諸如贗能隙現(xiàn)象、電荷有序等豐富的物理內(nèi)容也是眾多物理學工作者們十分感興趣的課題。因此，對高溫超導電性機制和高溫超導體正常態(tài)輸運性質(zhì)的研究，將會對凝聚態(tài)物理的許多領域起到重要推動作用。 在過去的研究中，人們多用Cu位替代來研究銅氧化物

2、高溫超導體的超導機制。我們縱觀這些實驗結(jié)果，發(fā)現(xiàn)Cu位替代對超導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Cu位摻雜導致超導電性已被抑制的La系銅氧化物進行進一步Sr替代，通過磁性質(zhì)，輸運行為和光學性質(zhì)等手段研究了空穴補償效應對超導電性的影響。此外，我們對La系銅氧化物高溫超導體進行A位摻雜研究，對這些材料的超導電性，磁性質(zhì)，光學性質(zhì)和正常態(tài)輸運行為進行了一些探討。有關(guān)內(nèi)容已在國內(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電性研究的發(fā)展歷史和應用背景，較詳細的介紹了銅氧化物高溫超導體的結(jié)構(gòu)，電子結(jié)構(gòu)，超導電性，磁性質(zhì)以及導電行為等基本物理性質(zhì)，并對國際上關(guān)于高溫超導機制的解釋進行了簡單概要。同時也回顧了剛興起鐵基高溫超導體的發(fā)展歷史。 第二章著重介紹了La系銅氧化物高溫超導體的進展，較詳細的介紹了La系銅氧化物高溫超導體的結(jié)構(gòu)，超導相圖，磁性質(zhì)，過摻雜區(qū)，及條紋相等特殊的物理性質(zhì)。

4、重點介紹了La系銅氧化物高溫超導體銅位替代后物理現(xiàn)象和解釋機制。 第三章研究了La1.85-xSr0.15+xCu0.94M0.06O4(M= Mn and Ru)體系中空穴補償效應的影響。通過直流磁化率的測量，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，行成一個新的相圖。我們發(fā)現(xiàn)，Mn4+摻雜體系表現(xiàn)出兩次超導轉(zhuǎn)變，而在Ru4+摻雜系

5、統(tǒng)中只有一次超導轉(zhuǎn)變。低溫下，我們還觀察到了超導電性和順磁共存。我們認為這些現(xiàn)象是由于Sr摻雜所引入的空穴逐漸補償了高價態(tài)雜質(zhì)的電子。這種補償效應被我們紅外吸收光譜所證實。補償效應還對兩次超導相變和一次超導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體系的空穴補償效應。在Ni摻雜系統(tǒng)中，隨著空穴的增加超導電性重現(xiàn)了，而在Zn摻雜系統(tǒng)我們沒有觀察到任何超導電性存在的證據(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償。 第五章系統(tǒng)地研究了La1.85M0.15CuO4體系中A位平均半徑對超導轉(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