超導(dǎo)體BaBi-,1-x-Pb-,x-O-,3-的晶體結(jié)構(gòu)和電學(xué)性質(zhì)及層狀鈷類氧化物的輸運(yùn)和磁性質(zhì)研究.pdf

1、本論文主要分兩部分，第一部分為高溫超導(dǎo)體.BaBi<,1-x>Pb<,x>O<,3>的晶體結(jié)構(gòu)和電輸運(yùn)行為，其次是Ln<,2-x>Sr<,x>CoO<,4>(Ln=Nd and Pr)的晶體結(jié)構(gòu)和電磁性質(zhì)。主要內(nèi)容安排如下： 第一章概述了超導(dǎo)體的基本物理性質(zhì)；然后介紹了高溫超導(dǎo)體BaBi<,1-x>Pb<,x>O<,3>的結(jié)構(gòu)特征和超導(dǎo)機(jī)制；重點(diǎn)介紹了層狀鈷類氧化物的晶體結(jié)構(gòu)和電磁行為，包括Ruddlesden-Popper的結(jié)

2、構(gòu)特征，Jahn-Teller效應(yīng)、鈷離子在四方晶系的自旋態(tài)、以及電磁性質(zhì)隨CoO<,2>導(dǎo)電層數(shù)的變化規(guī)律。 第二章主要研究了BaBi<,1-x>Pb<,x>O<,3>(0.0≤x≤1.0)的輸運(yùn)性質(zhì)和晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系。通過(guò)室溫X射線衍射(XRD)測(cè)量，我們發(fā)現(xiàn)BaBi<,1-x>Pb<,x>O<,3>的晶體結(jié)構(gòu)隨x的變化經(jīng)歷了單斜晶系、正交晶系、四方晶系、再到正交晶系的轉(zhuǎn)變；晶胞參數(shù)在半導(dǎo)體區(qū)連續(xù)遞減，而在超導(dǎo)區(qū)域振蕩變化，這

3、可能是晶胞中Bi(Pb)O<,6>呼吸模的作用。該模在超導(dǎo)區(qū)域是活性的，但在半導(dǎo)體區(qū)域被凍結(jié)。拉曼光譜實(shí)驗(yàn)表明超導(dǎo)溫度與軟A<,lg>模形變勢(shì)的強(qiáng)弱和頻移相關(guān)。樣品的輸運(yùn)性質(zhì)與晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，其金屬一半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變以及超導(dǎo)機(jī)制可用交疊能帶解釋。 第三章主要研究Nd<,2-x>Sr<,x>CoO<,4>(1.0≤x≤1.6)的晶體結(jié)構(gòu)隨摻雜濃度和溫度的變化關(guān)系。室溫XRD測(cè)量發(fā)現(xiàn)隨Sr含量的增多晶胞參數(shù)和鍵長(zhǎng)在1.00≤x≤1.50

4、范圍內(nèi)連續(xù)變大，這與離子半徑較大的Sr<'2+>離子(112 pm)替代半徑較小的Nd<'3+>離子(99.5 pm)對(duì)應(yīng)；但進(jìn)入x=1.60時(shí)，晶胞參數(shù)和鍵長(zhǎng)卻縮小，這可能是高摻雜導(dǎo)致晶格的失配；拉曼和紅外光譜中各振動(dòng)膜的振動(dòng)頻率隨摻雜量的變化關(guān)系與晶體鍵長(zhǎng)的變化規(guī)律一致，說(shuō)明振動(dòng)膜隨摻雜量的頻移主要是離子間庫(kù)侖力的變化引起。對(duì)Nd<,0.75>Sr<,1.25>CoO<,4>樣品的變溫XRD和拉曼光譜測(cè)量發(fā)現(xiàn)，材料在83 K≤T≤3

5、73 K的溫度范圍仍保持四方K<,2>NiF<,4>結(jié)構(gòu)，晶胞參數(shù)、鍵長(zhǎng)、以及振動(dòng)膜的頻移在居里溫度Tc附近都發(fā)生變化，這預(yù)示該材料的結(jié)構(gòu)與磁性密切相關(guān)。 第四章利用電阻率、熱電勢(shì)、磁阻、磁化率、磁滯回線和電子順磁共振譜詳細(xì)研究了Nd<,2-x>Sr<,x>CoO<,4>(x=1.25，1.33，1.60)的輸運(yùn)和磁性質(zhì)。該材料在測(cè)量溫區(qū)輸運(yùn)性質(zhì)顯示半導(dǎo)體行為，高溫部分滿足熱激活模式，可用小極化子模型解釋。 隨溫度的降低

6、樣品經(jīng)歷了順磁態(tài)到Griffiths相，再到鐵磁態(tài)，最后到自旋玻璃態(tài)的轉(zhuǎn)變；樣品具有負(fù)磁阻效應(yīng)：兩種價(jià)態(tài)的鈷離子，Co<'3+>和C0<'4+>，在順磁區(qū)都處于中自旋態(tài)：比較相同結(jié)構(gòu)的其它稀土金屬摻雜的鈷氧化物的磁性質(zhì)，我們認(rèn)為Nd<,2-x>Sr<,x>CoO<,4>豐富的磁性質(zhì)主要是由釹離子的摻雜引起，并且這些性質(zhì)需要在一定的無(wú)序度或晶胞畸變范圍內(nèi)才會(huì)出現(xiàn)。 第五章研究了Nd<,0.75>Sr<,1.25>CoO<,4>薄膜

7、的結(jié)構(gòu)和輸運(yùn)性質(zhì)。薄膜沿c方向生長(zhǎng)在五種不同的晶體基片上，都具有很好的單向性，屬于單晶膜。薄膜ab面的電阻率跟多晶樣品一樣表現(xiàn)半導(dǎo)體行為(dp/dT<0)，沒(méi)有異?，F(xiàn)象：但熱電勢(shì)在Griffiths相溫度點(diǎn)發(fā)生躍遷，說(shuō)明它可以很好地用來(lái)研究體系的自旋特征。樣品的輸運(yùn)性質(zhì)在整個(gè)測(cè)量溫區(qū)以二維變程躍遷為主，這可能是因?yàn)榫Ц竦氖?，體系的能帶相對(duì)無(wú)序?qū)е隆?第六章研究了Pr<,2-x>Sr<,x>CoO<,4>(x=1.2，1.3，1