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自旋1/2梯状结构化合物Sr14-XCaxCu24O41的结构和物性研究

2020-11-22阅读(649)

自旋1/2梯状结构化合物Sr14-XCaxCu24O41的结构和物性研究

论文摘要

自从人们发现了掺杂的二维反铁磁铜氧化合物的高温超导特性后,具有相似的Cu—O键的一维铜氧化合物吸引了更多的研究兴趣。尤其是具有偶数臂的梯状结构的铜氧化合物被预言和高温超导铜氧化合物一样具有自旋能隙,并且理论研究表明这种铜氧化合物在掺杂空穴的条件下可能实现超导。我们研究的Sr14-xCaxCu24O41体系是准一维的反铁磁铜氧化合物,具有双臂自旋梯子结构,在自旋链和自旋梯子中都存在自旋能隙,并且在该体系的高Ca含量的掺杂样品中观察到了超导特性。除此以外,Sr14-xCaxCu24O41还因它的独特结构体现出了许多新奇的物理特性。本论文从最基础的制备入手,用X射线衍射分析确定其晶格常数,用芯能级光电子发射谱初步研究其电子结构,并且测量其直流电阻率,磁化率和磁比热等温度特性,通过拟合和分析进一步的深入了解该体系的结构本质及其和物理特性之间的密切联系。 首先,我们用传统的固相反应法制备了两个系列的多晶样品Sr14-xCaxCu24O41。并主要针对系列Ⅰ即x（Ca）=0,0.4,3.5,6,7,8.4的样品进行系统的研究。 第二,X射线衍射分析表明系列Ⅰ中所有的样品都是单相的,并通过扫描电镜观察这些样品的表面形貌表明晶粒生长较好。通过对X射线衍射谱寻峰和程序拟合得到了系列Ⅰ中所有样品室温下的晶格常数。又因Sr14-xCaxCu24O41体系特殊的物理性质与电子结构密切相关,但到目前为止人们对该体系的电子结构所作的研究工作非常少,我们测量了系列Ⅰ样品（除x=0.4以外）的Cu2p3/2,O1s,Ca2p3/2和Sr3d5/2光电子发射谱,并着重讨论了Cu离子的化合价态,得出该体系中的Cu离子主要是+2价的,只存在非常少的+3价Cu离子,Cu离子的平均化合价为+2.25可以通过氧空穴的存在来解释的结论。 第三,我们在10—300K温度范围内测量了不同磁场强度（H=1T,3T,5T）下系列Ⅰ样品（除x=0.4和7外）的磁化率,并进一步对磁化率温度曲线进行拟合。讨论了磁场强度和Ca掺杂量对磁化率尤其是对引起温度60K左右的磁化率宽峰的自旋能隙的影响,并根据拟合参数讨论磁特性与电子态之间的联系。 第四,我们测量了Sr14Cu24O41和Sr10.5Ca3.5Cu24O41在2—12K和50—90K温区内的零磁场和磁场强度H=3T时的比热温度特性。先拟合和分析2-12K低温区的比热,给出低温比热中各比热项的系数α、γ、β值以及对应的德拜温度（?）P、费密温度TF

论文目录

  • 郑重声明
  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 目录
  • 第一章 绪论
  • §1.1 自旋—梯状结构化合物的概况
  • 2O3'>一、铜氧梯状结构化合物SRCU2O3
  • 1-xSRxCUO2.5'>二、LA系金属梯状结构化合物LA1-xSRxCUO2.5
  • 2(C5H12N2)2CL4'>三、有机强偶合梯状结构化合物CU2(C5H12N2)2CL4
  • 2O5'>四、钒基梯状结构化合物CAV2O5
  • 3'>五、CL系梯状结构化合物KCUCL3
  • 14-xCAxCU24O41'>六、超导的梯状结构化合物SR14-xCAxCU24O41
  • 14CU24O41体系的结构与电子态特征'>§1.2 SR14CU24O41体系的结构与电子态特征
  • 14CU24O41体系的电输运特性和电荷有序'>§1.3 SR14CU24O41体系的电输运特性和电荷有序
  • 14CU24O41体系的磁响应和与自旋有序'>§1.4 SR14CU24O41体系的磁响应和与自旋有序
  • 14CU24O41体系的其他物理性质'>§1.5 SR14CU24O41体系的其他物理性质
  • §1.6 论文的目的和安排
  • 14-xCAxCU24O41的制备、物相分析和形貌表征'>第二章 SR14-xCAxCU24O41的制备、物相分析和形貌表征
  • §2.1 引言
  • §2.2 样品制备
  • §2.3 物相分析
  • §2.4 SEM形貌表征
  • §2.5 本章小结
  • 14-xCAxCU24O41的晶体结构和电子结构'>第三章 SR14-xCAxCU24O41的晶体结构和电子结构
  • §3.1 引言
  • §3.2 晶格常数的确定
  • §3.3 芯能级的XPS与电子结构
  • 一、实验过程
  • 二、CU的2P芯能级光电子发射谱
  • 三、O1S的2P芯能级光电子发射谱
  • 四、CA2P和SR2P芯能级光电子发射谱
  • 五、结论
  • 3.4 本章小结
  • 14-xCAxCU24O41的磁性研究'>第四章 SR14-xCAxCU24O41的磁性研究
  • §4.1 引言
  • §4.2 磁场强度对磁化率的影响
  • §4.3 CA替代SR对磁化率的影响
  • §4.4 磁性质和电子态
  • §4.5 本章小结
  • 14CU24O41和SR105CA3.5CU24O41的磁比热研究'>第五章 SR14CU24O41和SR105CA3.5CU24O41的磁比热研究
  • §5.1 引言
  • §5.2 磁比热的测量
  • §5.3 低温下磁比热研究
  • 14CU24O41未掺杂样品'>一、SR14CU24O41未掺杂样品
  • 10.5CA3.5CU24O41掺杂样品'>二、SR10.5CA3.5CU24O41掺杂样品
  • §5.4 与自旋能隙相关的比热异常
  • §5.5 本章小结
  • 14CU24O41的电输运特性研究'>第六章 SR14CU24O41的电输运特性研究
  • §6.1 引言
  • §6.2 电阻率的测量
  • §6.3 电阻率温度特性研究
  • §6.4 本章小结
  • 第七章 总结
  • 参考文献
  • 研究生阶段发表的论文
  • 致谢

    • 相关论文文献

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