鉍酸鹽和鐵基氧化物超導(dǎo)體電子結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、自1986年發(fā)現(xiàn)了第一種高溫超導(dǎo)材料——鑭鋇銅氧化物，銅基超導(dǎo)材料成為全世界物理學(xué)家的研究熱點。然而直至今日，對于銅基超導(dǎo)材料的高溫超導(dǎo)機(jī)制，物理學(xué)界仍未形成一致看法，這也使得高溫超導(dǎo)成為當(dāng)今凝聚態(tài)物理學(xué)中最大的謎團(tuán)之一，因此很多科學(xué)家都希望在銅基超導(dǎo)材料以外再找到新的高溫超導(dǎo)材料，從而能夠使高溫超導(dǎo)機(jī)制更加明朗。雖然目前發(fā)現(xiàn)的非銅氧化合物超導(dǎo)體Tc遠(yuǎn)低于銅氧化合物，但是對該體系的研究有助于理解高溫超導(dǎo)機(jī)制，為探究高溫超導(dǎo)機(jī)制提供一個更

2、清晰的體系，找尋其他支持超導(dǎo)電性的結(jié)構(gòu)規(guī)律，為最終揭開超導(dǎo)電性的深層機(jī)制提供了新的條件和機(jī)遇。因此，充分了解某些典型非銅氧化合物超導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)規(guī)律，將大大拓寬該類材料的探索和研究范圍，這對于發(fā)現(xiàn)新的超導(dǎo)體具有重要意義。 本論文主要分三部分，第一部分為BaBi1-xPbxO3的摻雜行為對超導(dǎo)性能及電子結(jié)構(gòu)的影響；第二部分為新型鐵基超導(dǎo)材料的超導(dǎo)性能及電子結(jié)構(gòu)研究；第三部分為NaCoOx的摻雜行為對電磁性質(zhì)的影響。主要內(nèi)容安排如下：

3、 第一章概述了超導(dǎo)體的基本物理性質(zhì)；然后介紹了銅氧化物的結(jié)構(gòu)特征、超導(dǎo)相圖及超導(dǎo)機(jī)制；最后是本論文的選題意義和論文主要研究內(nèi)容。 第二章對非銅基氧化物超導(dǎo)體進(jìn)行了綜述，介紹了高溫超導(dǎo)體BaBiO3體系的結(jié)構(gòu)特征、元素替代效應(yīng)和制備方法；介紹了層狀鈷類氧化物超導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)、超導(dǎo)相圖和磁性質(zhì)；重點介紹了新型鐵基超導(dǎo)材料的研究現(xiàn)狀、結(jié)構(gòu)特征、元素替代效應(yīng)和超導(dǎo)機(jī)制。 第三章采用X光電子能譜(XPS)研究了Ba

4、Pb0．75-xHgxBi0．25O3(BPHBO)系列超導(dǎo)體的電子結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)Pb4f和O1s芯能級隨Hg摻入向低能級方向移動，同時Bi4f芯能級隨Hg摻入向高能級方向移動，結(jié)果及分析顯示Hg摻雜引起的電子結(jié)構(gòu)系統(tǒng)改變最終影響系統(tǒng)的超導(dǎo)電性。在低摻雜量范圍(x<0．2)超導(dǎo)電性被抑制是由于載流子濃度減小所致，在摻雜范圍0．3

5、四章采用電阻測量和XPS方法對新型鐵基超導(dǎo)材料SmFeAsO1-xFx的超導(dǎo)性能和電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明隨F摻雜量增大，系統(tǒng)從金屬性自旋密度波狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)，同時價帶譜位于費米能級下0．2eV處的小峰逐漸消失并在費米能級附近形成一個較寬平臺。從F摻雜導(dǎo)致的O1s和Sm3d芯能級譜峰位移值推導(dǎo)出費米能級位移速度為dEF/dX≡0．03 eV/at％F原子。結(jié)果顯示自旋密度波狀態(tài)來源于低自旋態(tài)的Fe3d電子，隨F摻雜量增大，自旋密度

6、波狀態(tài)逐漸被抑制并且能級展寬。 第五章通過磁性測量和XPS研究考察了Ir摻雜對SmFeAsO超導(dǎo)電性及能帶結(jié)構(gòu)的影響，實驗結(jié)果表明Ir摻雜在Fe位，直接向Fe—As導(dǎo)電層注入電子，與氟摻雜相比較，顯示其對超導(dǎo)電性的影響更為直接，少量摻雜即對超導(dǎo)性能產(chǎn)生強(qiáng)烈影響，故產(chǎn)生超導(dǎo)電性可調(diào)摻雜范圍很小。揭示了SmFeAsO的磁有序與Fe3d電子的低自旋態(tài)相關(guān)聯(lián)，且摻Ir抑制其低自旋態(tài)。當(dāng)Ir摻入系統(tǒng)時，F(xiàn)e3d電子的低自旋態(tài)被抑制，形成的

7、超導(dǎo)樣品SmFe1-xIrxAsO中Fe3d電子從低自旋態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦孕龖B(tài)。所有結(jié)果顯示，該系統(tǒng)存在電子的強(qiáng)關(guān)聯(lián)效應(yīng)。 第六章對銅基及非銅基氧化物超導(dǎo)材料的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較。 第七章主要研究NaCoOx的磁性能隨摻雜元素種類的變化關(guān)系。采用快速加熱法成功制備出多晶Na0．7Co1-xAlO2，名義摻雜量最高達(dá)到0．3。在5～300K測量不同摻雜量多晶樣品的直流磁化率，比較摻雜量對直流磁化率的影響關(guān)系。發(fā)現(xiàn)低摻雜量樣品總體為