低维系统中电荷有序与自旋有序的相关研究

论文摘要

低维强关联电子系统是当前凝聚态物理的前沿课题之一,其典型的、有代表性的系统包括电荷密度波与自旋密度波、巨磁阻与庞磁阻材料、高温超导体等。这类材料的一个典型特征就是具有各种有序现象,包括电荷有序、自旋有序、轨道有序、超导序等,在有些材料中这些不同的序甚至被认为是相互竞争却协同共存的。因此,对各种有序现象的深入而全面的研究无疑将加深人们对整个低维系统强关联耦合电子行为的理解。本文的研究主要集中在电荷有序和自旋有序系统,包括准一维电荷密度波导体蓝青铜A0.3MoO3（A=K,Rb或Tl）、准二维电荷密度波导体紫青铜AMo6O17（A= Na,K或Tl）,和自旋极化隧穿磁性Fe3O4纳米颗粒系统,其工作主要有以下几个方面:1.以碳酸盐和MoO3为原料,采用电解还原法成功的制备了一系列大尺寸、高质量的准一、二维钼类青铜单晶及其掺杂样品,通过XRD、摇摆曲线、TEM和XPS等技术和实验手段对样品的成分和结构进行了表征,结合电输运性质的测量,表明我们制备的单晶质量高,为下一步的物性测量提供了保证。2.研究了紫青铜KMo6O17的低温比热,考察16 K处磁阻异常行为;同时,第一次在准二维导体中发现了CDW相位模对低温比热的贡献,并通过修改的Debye模型对其进行了很好的描述,首次给出了KMo6O17的CDW钉扎频率。3.测量了K0.3MoO3和Tl0.3MoO3两种蓝青铜在Peierls相变附近的比热。发现了剩余比热与磁化率之间的标度关系?C p dχ/dT。通过高斯涨落理论分清了相变附近存在两种涨落:高斯涨落和临界涨落,并得到K0.3MoO3和Tl0.3MoO3的临界区域分别为为8 K和10 K。临界行为的分析表明两者的普适类型符合三维XY模型,临界指数为0.007。4.通过对Rb0.3MoO3和Rb0.15K0.15MoO3两种蓝青铜的热电势研究,揭示了电子和空穴两种载流子在输运过程中起着重要作用。TP以上空穴为主要载流子,样品的热电势主要来自于载流子的扩散热电势,可以表示为S = AT+B,并得到Rb0.3MoO3和Rb0.15K0.15MoO3的费米能分别为1.55 eV和0.53 eV;TP以下电子成为主要载流子,样品的热电势来自于载流子的扩散热电势和声子拽引热电势,可以表示为S = AT+B/T。分析表明,K离子掺杂是受主掺杂,使得系统的费米能减小;同时,掺杂减弱了链间耦合,增加了费米面有效面积,导致热电势TEP符号变化温度Ts在TP以上出现。5.以K2CO3和MoO3为原料,利用热等静压烧结的方法成功的制备出K0.3MoO3多晶材料,为进一步制备K0.3MoO3蓝青铜薄膜打下了基础。6.研究了SiO2包覆的Fe3O4纳米颗粒系统中的非本征磁电阻效应。采用溶剂热法合成了单分散的Fe3O4纳米颗粒,并通过正硅酸乙脂水解在Fe3O4纳米颗粒上包覆均匀SiO2绝缘层。包覆前后纳米颗粒系统的磁电阻对比研究中,发现了表层包覆颗粒系统增强的低场磁电阻效应。高场磁电阻研究揭示,裸Fe3O4纳米颗粒系统的磁电阻来源于电子在界面上的自旋相关散射,而SiO2包覆的Fe3O4核壳结构颗粒系统的磁电阻则由电子的自旋极化隧穿引起。进一步研究发现,体系中存在两种隧穿机制:直接隧穿和间接隧穿,后者由绝缘层中的缺陷或磁性杂质所引起,并使得磁电阻随温度的升高而减小。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 电荷密度波
• 1.1.1 Peierls 相变与电荷密度波
• 1.1.2 电荷密度波的杂质钉扎机制
• 1.1.3 描述电荷密度波的理论模型
• 1.1.4 电荷密度波非线性输运的基本性质
• 1.1.5 电荷密度波研究现状和发展趋势
• 1.2 低维材料中的巨磁电阻效应
• 1.2.1 磁电阻与巨磁电阻效应
• 1.2.2 自旋相关电导
• 1.2.3 纳米材料的巨磁电阻效应研究进展
• 1.3 论文的安排
• 第二章 钼类青铜系列单晶样品的制备、结构分析和物性测量
• 2.1 引言
• 2.2 钼类青铜系列单晶样品的制备
• 2.3 钼青铜单晶的结构分析
• 2.4 钼青铜单晶的电子结构研究
• 2.5 钼青铜单晶的物性测量
• 2.6 本章小结
• 6O₁₇低温比热研究'>第三章 紫青铜KMO₆O₁₇低温比热研究
• 3.1 引言
• 3.2 样品制备与实验方法
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.4 本章小结
• 0.3MOO₃和TL_0.3MOO₃蓝青铜PEIERLS 相变临界行为的比热研究'>第四章 K_0.3MOO₃和TL_0.3MOO₃蓝青铜PEIERLS 相变临界行为的比热研究
• 4.1 引言
• 4.2 样品制备和实验方法
• 4.3 实验结果与临界行为的分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 铷蓝青铜的热电势研究
• 5.1 引言
• 5.2 样品制备和实验方法
• 5.3 实验结果和讨论
• 5.4 本章小结
• 第六章 热等静压烧结制备蓝青铜多晶样品
• 6.1 引言
• 6.2 实验过程与结果分析
• 6.3 本章小结
• 2包覆的FE₃O₄纳米颗粒体系中的增强磁电阻研究'>第七章 SiO₂包覆的FE₃O₄纳米颗粒体系中的增强磁电阻研究
• 7.1 引言
• 7.2 样品制备
• 7.3 实验结果及讨论
• 7.4 本章小结
• 全文总结
• 参考文献
• 攻博期间已发表和待发表论文
• 致谢