三個典型低維電子體系的熱電效應研究.pdf

1、輸運性質(zhì)測量是探測材料內(nèi)部的各種散射機制的重要手段。載流子的輸運過程跟電子結構和各種低能激發(fā)密切相關，也受到缺陷、雜質(zhì)等的影響，因而是被廣泛用于研究超導、重費米子體系、以及量子相交和臨界行為。特別是Nernst效應，由于近年來人們發(fā)現(xiàn)其對電子結構和相變十分敏感，越來越得到人們的重視。
　　 在本論文里，我們用輸運性質(zhì)（包括磁熱電效應）測量分別研究了三種有代表性的低維電子體系：（1）最近發(fā)現(xiàn)的新鐵基超導體1111相的LaFeAsO

2、0.9F0.1的輸運測量，包括能斯特效應的測量；（2）研究了半金屬物質(zhì)石墨在極低溫強磁場下的輸運性質(zhì)。（3）對重費米子超導體URu?Si?進行了電阻率和熱電勢的研究。對于前兩種體系的能斯特效應研究，我們都是首次報道。所得到的主要創(chuàng)新性結果如下：
　　 （1）對于Tc為26K的1111相鐵基超導體LaFeAsO0.9F0.1，我們首先報道了其Nernst效應，發(fā)現(xiàn)其能斯特系數(shù)在正常態(tài)是負的，只有較弱的溫度依賴關系。但在超導轉變溫度

3、以上到50K左右的溫度范圍，我們發(fā)現(xiàn)能斯特信號便開始偏離正常態(tài)的背景，開始明顯增大。結合電阻率、霍爾系數(shù)和熱電勢測量，我們得到了的非對角佩爾貼（Peltier）系數(shù)等物理量。非對角的佩爾貼系數(shù)同樣在50K以下被壓制。我們認為，在50K左右增大的能斯特信號可能來自于被壓制的自旋漲落。在Tc以下，我們觀測到了由磁通流動所引起的正的能斯特信號。在1111相中，由于二維特性，其磁通融化區(qū)也較大，可以與高溫超導體相比擬。
　　 （2）在普

4、通金屬中，由于Sondheimer CancellaTiO2的原因，能斯特信號都很小，所以研究它的人并不多。在理論上，Nernst效應也是一種缺少深入理解的輸運現(xiàn)象。我們研究了由類似無數(shù)層二維石墨烯組成的三維塊體石墨中的能斯特信號。發(fā)現(xiàn)與二維的單層的石墨烯相比，兩者的能斯特信號卻有著天壤之別：在朗道能級經(jīng)過化學勢時，三維的石墨的能斯特信號總是出現(xiàn)蜂。而據(jù)報道，二維的石墨烯的能斯特信號卻是消失的。分析這兩者之間的差異：三維的石墨比二維的石

5、墨烯多出的是層與層之間的耦合。所以，我們認為這層間的耦合便是這種維度轉變的來源。比較三維和二維費米面的不同，我們更發(fā)現(xiàn)：當掃描磁場時，三維費米面會發(fā)生電子的拓撲相變：費米面變成量子化的環(huán)片。隨著磁場的變化，偶數(shù)的量子化環(huán)片會移動，并在一定的磁場下合并，變成奇數(shù)個量子化的環(huán)片，這時發(fā)生電子的拓撲相變。我們認為這種電子拓撲相變是三維塊體石墨中能斯特效應峰的來源。我們同時發(fā)現(xiàn)，在各種輸運系數(shù)中能斯特效應是對這種拓撲電子相變最敏感的。所以，測量

6、Nernst效應是探測電子拓撲相變最有效的方式。
　　 （3）重費米子超導體是比高溫超導體還要早發(fā)現(xiàn)的非常規(guī)超導體，卻還依然有著強大吸引力的一個體系。我們對重費米子超導體URu2Si2的兩個不同方向上，進行了電阻率和熱電勢的測量。分別使用電流與熱流與磁場平行的方式進行，避免了額外的磁阻引入。我們發(fā)現(xiàn)與其它的各向異性的超導體不同，電導率小的方向上反而上臨界場Hc2比較高。進而，我們發(fā)現(xiàn)當電流（熱流）沿著C方向時，這兩種輸運性質(zhì)呈現(xiàn)