【摘 要】
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自1986年Bednorz和Muller发现铜基超导体以来,人们对它的热情只增不减,使用各种实验手段对它进行了研究,相关的文章数量远超自1911年发现超导到1986年之间的文章数量。钇钡铜氧超导体(YBCO)是1987年被人们发现的铜基超导体,它将超导体的超导转变温度Tc迅速提升到91 K,从此对超导的研究进入了液氮温区时代。由于钇钡铜氧超导体的制造过程是通过改变氧含量来控制掺杂,不用掺杂其他元素
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
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自1986年Bednorz和Muller发现铜基超导体以来,人们对它的热情只增不减,使用各种实验手段对它进行了研究,相关的文章数量远超自1911年发现超导到1986年之间的文章数量。钇钡铜氧超导体(YBCO)是1987年被人们发现的铜基超导体,它将超导体的超导转变温度Tc迅速提升到91 K,从此对超导的研究进入了液氮温区时代。由于钇钡铜氧超导体的制造过程是通过改变氧含量来控制掺杂,不用掺杂其他元素,是最干净的铜基超导体体系,因此对它的研究可以获得铜氧面最本征的信息,所以人们未曾停止过对它的研究。对高温超导的研究中,人们会通过改变各种参数来研究超导体的性质,比如温度、掺杂量、磁场、压力、缺陷等。由于电子之间存在强相互作用,赝能隙态以及超导态中会衍生出许多其他的有序态,比如电荷密度波、反铁磁玻璃态以及最近受到瞩目的配对密度波序(PDW)等等,研究这些有序态有助于理解高温超导的机理。另一方面,由于钇钡铜氧材料无法通过解理获得干净的表面,所以缺少微观的研究。而核磁共振正是可以研究局域电子态的实验手段,它的实验原理是通过测量原子核自旋与电子之间的精细相互作用,从而得到原子核周围的局域的电子态的信息。本文将介绍我们利用强磁场核磁共振手段对铜基高温超导体YBa2Cu4O8的一系列研究。我们首先测量了磁场为16 T时,YBa2Cu4O8在正常态下,铜氧面上的两种氧位O(2)和O(3)的奈特位移随温度的变化曲线,发现在温度较高时,两者的奈特位移是一样的,但是在温度较低时,两者的奈特位移开始出现差异,我们排除了其他的原因,发现这是由于样品中出现了晶胞内的电子向列序,并且它的微观机制是两种氧位周围的电子自旋磁化率不同。这说明电子向列序的确是钇钡铜氧铜基超导体中的本征现象。同时我们测量了O(2)和O(3)的卫星峰的半高宽随温度的依赖关系,发现在一定温度以下时O(2)的不同卫星峰的展宽规律不同,符合存在短程电荷密度波情况下的核磁共振谱谱的特征,说明在YBa2Cu4O8的正常态下出现了静态的短程电荷密度波。而O(2)和O(3)上的电荷调制不同,说明该电荷密度波具有各向异性,可能与电子向列序有关。基于以上的实验结果,我们自然想到,随着温度降低,短程电荷密度波的关联长度是否会增加从而形成长程的电荷密度波呢?于是我们继续研究了YBa2Cu4O8在超导态下的性质。通过测量17O卫星峰的半高宽随温度的变化曲线我们发现了磁通液态向磁通固态的转变。我们同时也测量了不同磁场下卫星峰的自旋晶格弛豫率1/T1T随温度的变化规律,发现1/T1T随温度降低的过程中除了正常的降低之外还出现了一个峰。我们测量了样品中磁通中心附近1/T1T随频率的变化,发现在这部分区域内1/T1T也出现了异常上升的情况,经验证这种反常可能是由于出现了配对密度波有序态,即pair density wave。在这个工作中我们第一次使用谱学方法证明了钇钡铜氧超导体体系中存在PDW态,并且得到了它的磁场-温度相图。
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