电子型铜氧化物及尖晶石钛氧化物超导物性的研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院物理研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:luping303
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高温超导作为凝聚态物理最核心的领域之一,它的魅力主要表现在两个方面。其一,顾名思义,它的超导转变温度Tc很高,这一点极大地打开了超导的潜在应用空间。其二,它的电子与电子之间存在着强关联,这一点将高温超导机理与如今凝聚态理论中最核心的领域——强关联物理,紧密地联系了起来。对于高温超导机理的研究,目前主要面临着两个问题。一是当前没有一个合适的描述强关联体系的微观理论。二是高温超导的物性非常复杂多样,同时存在着多种有序态:反铁磁、电荷密度波、向列相等,这使得实验中往往难以只针对它们中的一个进行调节,从而难以很好地定出它们与Tc之间关系。因此,在研究高温超导机理的过程中,一方面,我们可以继续发展理论以找到对强关联体系合适的描述,或者发展实验技术手段以实现对材料性质的严格调节。另一方面,我们也可以在其它体系中寻找导致高温超导的线索。众所周知,约翰·巴丁、里奥·库伯和约翰·施里弗在1957年建立的BCS理论,已经成功地描述了金属、合金和简单化合物等非强关联体系中的超导电性。BCS理论虽然不能完整地描述高温超导电性,但其中最为核心的电子配对思想依然适用,只是目前我们还没能完全理解高温超导的配对机制。本文研究的内容主要围绕配对机制展开。第一阶段,我们针对电子型铜氧化物的配对对称性进行了研究。第二阶段则主要集中于研究与高温超导有互补性的尖晶氧化物超导体。以下是本文所取得结果的简介:Ⅰ.我们研究了最佳掺杂电子型铜氧化物La2-xCexCuO4(x=0.105)磁通液态的霍尔电阻变号行为。定性和定量的分析都指出La1.895Ce0.105CuO4中电子带和空穴带之间的耦合为弱耦合。而且在完全不考虑耦合的情况下,空穴带的超导转变温度Tc更高,电子带的上临界场Hc2则更大。这一结果支撑了关于最佳掺杂电子型铜氧化物为双能隙超导的观点:空穴带的配对对称性为d波,电子带的配对对称性为s波。因此,这一结果也指明了我们在分析最佳掺杂电子型铜氧化物超流密度随温度变化的行为时,需要考虑这一双能隙模型。Ⅱ.我们发现尖晶石氧化物超导体LiTi2O4-δ的超导特性,与电子型铜氧化物电子带的非常相似,这表明了Li Ti2O4-δ的库珀对配对方式也有非常规的特征。通过离子液体电化学调控将Li Ti2O4-δ的Tc连续地从~11 K调至了~14 K后发现,Li Ti2O4-δ的Tc与它的线性电阻密切相关。Ⅲ.我们通过脉冲激光沉积薄膜生长技术,成功地在具有莫特绝缘属性的尖晶石氧化物MgTi2O4中压制了轨道序,进而实现了超导。该超导体具有如下特征:零温上临界场超过了泡利极限(Pauli limit);Tc与c轴长度密切相关。这进一步显示了尖晶石氧化物超导体的配对机制可能是非常规的。相比于铜氧化物超导体,尖晶石氧化物超导体的正常态没有那么复杂,薄膜生长流程也更为简单,适合更多的团队开展研究。
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