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钌系铜氧化物超导体由于存在着超导与磁有序的共存而受到人们广泛的关注。人们利用各种实验手段对其微结构、超导电性和磁性质进行了深入的研究,但目前仍然存在着许多争论。为了进一步加深对Ru-1222超导体的微结构和物性研究,我们制备了RuSr<,2>Eu<,1.4>Ce<,0.6>Cu<,2>O<,10-δ>、Ru<,1-x>Sb<,x>Sr<,2>Gd<,1.4>Ce<,0.6>Cu<,2>O<,10-δ>(x=0>,0.02,0.05,0.07,0.1)和RuSr<,2>Sm<,2-y>Ce<,y>Cu<,2>O<,10-δ>(y=0.4,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,1.0)等一系列多晶样品,并进行了电阻率、磁化率、电子自旋共振、Raman光谱以及X.射线光电子能谱等实验测量,深入研究了Ru-1222系列样品的微结构、磁性质和输运行为及其相互关系。
第一章从微结构、输运性质、磁性质以及Raman光谱四个方面,对钌系铜氧化物超导体,重点是Ru-1222磁性超导体的研究进展进行综述。
第二章我们对RuSr<,2>Sm,,1+x>Ce<,1-x>Cu<,2>O<,10-δ>(x=0-0.6)系列样品进行了X-射线粉末衍射、电阻曲线、X-射线光电子能谱和拉曼光谱测量与分析。实验结果表明,随着Ce含量的增加,体系的晶格参数a逐渐减小,晶格参数c逐渐增加,晶胞体积逐渐减小。电阻测量结果表明,样品的输运性质随着Ce含量而发生变化,其中x=0.4的样品表现出最佳的超导电性。Cu2p和01s芯能级的X射线光电子能谱揭示出Cu的价态随着Ce含量的减少而升高,拉曼光谱实验也进一步证实这一结果。同时,拉曼光谱实验结果还表明,体系的晶格参数和RuO<,6>八面体的旋转随着Ce含量而发生微弱的变化。
第三章对Ru位掺杂的Ru<,1-x>Sb<,x>Sr<,2>Gd<,1.4>Ce<,0.6>Cu<,2>O<,10-δ> (Ru-1222Gd)和不同Ce含量的RuSr<,2>Sm<,2-y>Ce<,y>Cu<,2>O<,10-δ> (Ru-1222Sm)系列样品的红外吸收光谱进行测量,通过分析样品的晶格参数和输运特性随Sb掺杂量x和Ce含量y的变化,对与氧有关的红外振动模式进行系统研究。实验观察到,样品在680,600,530,400,380cm<-1>附近分别出现典型的红外吸收峰。通过与类似结构的高温超导体进行比较,对吸收峰进行了指认和分析。实验结果为:680 cm<-1>吸收峰可以指认为平面氧O(3)在CuO<,2>平面内Cu-O(3)-Cu沿a、b方面的伸缩振动E<,u>;596 cm<-1>吸收峰对应的振动模式为顶点氧O(2)沿z方向的伸缩振动模式A<,2u>;534 cm<-1>吸收峰指认为链氧Ru-O(1)-Ru沿z方向的弯曲振动模式A<,2u>;401 cm<-1>吸收峰可以指认为平面氧O(3)对应的Cu-O(3)-Cu在CuO<,2>平面内的弯曲振动E<,u>;380 cm<-1>吸收峰,可能是由体系中萤石层R<,2-x>Ce<,x>O<,2>中的O(4)振动引起的。同时,我们还分析讨论了体系的晶格结构、声子振动和输运性质的相互关系。研究结果表明,Sb掺杂和Ce含量的变化对平面氧O(3)沿a轴的伸缩振动和顶点氧O(2)沿z轴的伸缩振动有着不同的影响。
第四章我们为避免Gd<3+>较强的顺磁性干扰,选择没有磁性的Eu<3+>制备了RuSr<,2>Eu<,1.4>Ce<,0.6>Cu<,2>O<,10-δ>多晶样品,通过测量电子自旋共振(ESR)谱和交流磁化率对其磁特性进行研究。RuSr<,2>Eu<,1.4>Ce<,0.6>Cu<,2>O<,10-δ>超导样品的交流磁化率曲线在T<,M2>~125K和T<,p>~75K处出现峰值。
本文通过测量不同频率下的交流磁化率和电子自旋共振谱,对这两个峰的起源进行了详细的研究。通过对铁磁共振线的强度、线宽和共振场与温度依赖关系的讨论,得出T<,M2>附近的峰对应着体系的反铁磁转变。T<,p>处的峰随着测量频率的增加向高温移动,且峰的强度逐渐减小,这一结果证实了体系中存在自旋玻璃态。