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铋酸盐和铁基氧化物超导体电子结构研究

2020-12-07阅读(572)

铋酸盐和铁基氧化物超导体电子结构研究

论文摘要

自1986年发现了第一种高温超导材料——镧钡铜氧化物,铜基超导材料成为全世界物理学家的研究热点。然而直至今日,对于铜基超导材料的高温超导机制,物理学界仍未形成一致看法,这也使得高温超导成为当今凝聚态物理学中最大的谜团之一,因此很多科学家都希望在铜基超导材料以外再找到新的高温超导材料,从而能够使高温超导机制更加明朗。虽然目前发现的非铜氧化合物超导体Tc远低于铜氧化合物,但是对该体系的研究有助于理解高温超导机制,为探究高温超导机制提供一个更清晰的体系,找寻其他支持超导电性的结构规律,为最终揭开超导电性的深层机制提供了新的条件和机遇。因此,充分了解某些典型非铜氧化合物超导体的结构规律,将大大拓宽该类材料的探索和研究范围,这对于发现新的超导体具有重要意义。本论文主要分三部分,第一部分为BaBi1-xPbxO3的掺杂行为对超导性能及电子结构的影响;第二部分为新型铁基超导材料的超导性能及电子结构研究;第三部分为NaCoOx的掺杂行为对电磁性质的影响。主要内容安排如下:第一章概述了超导体的基本物理性质;然后介绍了铜氧化物的结构特征、超导相图及超导机制;最后是本论文的选题意义和论文主要研究内容。第二章对非铜基氧化物超导体进行了综述,介绍了高温超导体BaBiO3体系的结构特征、元素替代效应和制备方法;介绍了层状钴类氧化物超导体的晶体结构、电子结构、超导相图和磁性质;重点介绍了新型铁基超导材料的研究现状、结构特征、元素替代效应和超导机制。第三章采用X光电子能谱（XPS）研究了BaPb0.75-xHgxBi0.25O3（BPHBO）系列超导体的电子结构,发现Pb4f和O1s芯能级随Hg掺入向低能级方向移动,同时Bi4f芯能级随Hg掺入向高能级方向移动,结果及分析显示Hg掺杂引起的电子结构系统改变最终影响系统的超导电性。在低掺杂量范围（x<0.2）超导电性被抑制是由于载流子浓度减小所致,在掺杂范围0.3<x≤0.4超导电性的恢复是由于新的金属-绝缘体转变使系统从绝缘体转变为载流子类型以空穴为主的金属态。第四章采用电阻测量和XPS方法对新型铁基超导材料SmFeAsO1-XFX的超导性能和电子结构进行了研究,结果表明随F掺杂量增大,系统从金属性自旋密度波状态转变为超导态,同时价带谱位于费米能级下0.2eV处的小峰逐渐消失并在费米能级附近形成一个较宽平台。从F掺杂导致的O1s和Sm 3d芯能级谱峰位移值推导出费米能级位移速度为dEF/dx≌0.03 eV/at%F原子。结果显示自旋密度波状态来源于低自旋态的Fe3d电子,随F掺杂量增大,自旋密度波状态逐渐被抑制并且能级展宽。第五章通过磁性测量和XPS研究考察了Ir掺杂对SmFeAsO超导电性及能带结构的影响,实验结果表明Ir掺杂在Fe位,直接向Fe-As导电层注入电子,与氟掺杂相比较,显示其对超导电性的影响更为直接,少量掺杂即对超导性能产生强烈影响,故产生超导电性可调掺杂范围很小。揭示了SmFeAsO的磁有序与Fe3d电子的低自旋态相关联,且掺Ir抑制其低自旋态。当Ir掺入系统时,Fe3d电子的低自旋态被抑制,形成的超导样品SmFe1-xIrxAsO中Fe3d电子从低自旋态转变为高自旋态。所有结果显示,该系统存在电子的强关联效应。第六章对铜基及非铜基氧化物超导材料的电子结构进行比较。第七章主要研究NaCoOx的磁性能随掺杂元素种类的变化关系。采用快速加热法成功制备出多晶Na0.7Co1-xAlxO2,名义掺杂量最高达到0.3。在5-300K测量不同掺杂量多晶样品的直流磁化率,比较掺杂量对直流磁化率的影响关系。发现低掺杂量样品总体为顺磁态,高掺杂量样品出现冻结温度约为13K的自旋玻璃态转变。第八章对全文的工作进行了总结。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 高温超导氧化物的基本物理性质和研究
  • 1.1.1 超导电性的发展
  • 1.1.2 高温超导体结构特征
  • 1.1.3 高温超导体的相图
  • 1.1.4 高温超导的理论机制
  • 1.2 论文研究背景和意义
  • 1.3 论文内容和结构
  • 第2章 非铜基氧化物超导体研究综述
  • 2.1 非铜基氧化物超导体研究意义
  • 2.2 非铜氧化合物超导体研究概述
  • 2.3 BaBiO超导体系
  • 3体系结构特点-钙钛矿型结构'>2.3.1 BaBiO3体系结构特点-钙钛矿型结构
  • 3体系输运性质及能带示意图'>2.3.2 BaBiO3体系输运性质及能带示意图
  • 2.3.3 BaBiO体系元素替代效应
  • 2.3.4 BaBiO体系超导材料的制备
  • 2.4 层状钴氧化物超导体
  • 2.4.1 钴氧化物超导材料的基本物理性质
  • 2.4.2 钴氧化物超导材料的晶体结构及电子结构
  • 2.4.3 钴氧化物超导材料的超导相图
  • 2.4.4 钴氧化物超导材料的磁性质
  • 2.5 铁基氧化物超导体系
  • 2.5.1 铁基氧化物超导体系结构特点——层状结构
  • 2.5.2 铁基超导体系元素替代效应
  • 2.5.3 铁基超导体系超导机理
  • 2.6 本章小结
  • 0.75Bi0.25O3超导体的超导性能及电子结构的影响'>第3章 Hg掺杂对BaPb0.75Bi0.25O3超导体的超导性能及电子结构的影响
  • 3.1 引言
  • 3.2 实验部分
  • 3.3 结果和讨论
  • 3.3.1 晶体结构分析
  • 3.3.2 超导性能表征
  • 3.3.3 XPS价带谱分析
  • 3.3.4 O1s的XPS芯能级谱分析
  • 3.3.5 Pb4f的XPS芯能级谱分析
  • 3.3.6 Bi4f的XPS芯能级谱分析
  • 3.3.7 结合能位移机理分析
  • 3.4 本章小结
  • 1-xFx的电子结构研究'>第4章 铁基高温超导材料SmFeAsO1-xFx的电子结构研究
  • 4.1 引言
  • 4.2 实验部分
  • 4.3 结果与讨论
  • 1-xFx样品的阻温特性'>4.3.1 SmFeAsO1-xFx样品的阻温特性
  • 1-xFx的XPS价带谱分析'>4.3.2 SmFeAsO1-xFx的XPS价带谱分析
  • 4.3.3 Fe2p芯能级谱分析
  • 4.3.4 As 3d芯能级XPS谱分析
  • 4.3.5 O1s芯能级XPS谱分析
  • 4.3.6 Sm3d芯能级XPS谱分析
  • 4.3.7 结合能位移机理分析
  • 4.4 本章小结
  • 1-xIrxAsO的电子结构研究'>第5章 铁基高温超导材料SmFe1-xIrxAsO的电子结构研究
  • 5.1 引言
  • 5.2 实验部分
  • 5.3 结果与讨论
  • 5.3.1 导电性能分析
  • 5.3.2 XPS价带谱分析
  • 5.3.3 Fe2p芯能级XPS谱分析
  • 5.3.4 O1s芯能级X P S谱分析
  • 5.3.5 Sm3d的芯能级XPS谱分析
  • 5.4 本章小结
  • 第6章 铜基与非铜基超导材料的电子结构比较
  • 6.1 铜基超导材料的电子结构特点
  • 6.2 铁基超导材料的电子结构特点
  • 6.3 BaBiO超导体系的电子结构特点
  • 6.3.1 BKBO超导体系的电子结构特点
  • 0.75-xHgxBi0.25O3超导体系的电子结构特点'>6.3.2 BaPb0.75-xHgxBi0.25O3超导体系的电子结构特点
  • xCoO2的磁性能影响'>第7章 Co位掺杂对NaxCoO2的磁性能影响
  • 7.1 引言
  • 7.2 材料的制备及实验方法
  • 7.3 结果与讨论
  • XCoO2样品的X射线衍射分析结果'>7.3.1 NaXCoO2样品的X射线衍射分析结果
  • XCoO2样品的直流磁化率结果'>7.3.2 NaXCoO2样品的直流磁化率结果
  • 7.3.3 自旋玻璃态
  • 7.4 本章小结
  • 全文总结
  • 参考文献
  • 攻读博士学位期间取得的成果
  • 致谢

    • 相关论文文献

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