铜氧化物高温超导体的发现,对传统的费米液体理论和BCS超导理论提出了挑战,为发展新的理论提供了契机,也引发了人们对新型高温超导体的探索和高温超导机理的研究。了解铜基高温超导体独特的电子结构,对理解其电子配对机制并最终解释高温超导机理非常关键。作为一种能够直接探测材料内部电子结构的实验研究手段,角分辨光电子能谱技术在对铜氧化物高温超导体的实验研究中具有举足轻重的地位。本论文论述了制备高质量欠掺杂La-Sr互掺和Bi-Sr互掺铜氧化物超导体Bi2201单晶的生长方法并研究可靠可重复制备不同超导转变温度的欠掺杂Bi2201单晶的退火方法,系统地研究了激光角分辨光电子能谱技术中矩阵元效应对能谱的影响,以及利用激光角分辨光电子能谱对Bi2212以及Bi2201进行了超导能隙、赝能隙的研究。论文主要包括以下内容:1.介绍了本论文中的研究工作所基于的基本背景,介绍了超导体发现的历史,超导体的基本性质以及铜氧化物高温超导体的基本性质和理论模型。实验技术方面主要介绍了 ARPES的基本原理,以及目前我们实验室的ARPES系统和可调谐激光的原理及利用可调谐激光所取得的成果。2.生长了高质量欠掺杂的Bi-Sr和La-Sr互掺的Bi2201单晶,并研究其退火条件和方法。利用光学浮区炉生长出一系列不同掺杂浓度的Bi2201单晶,并对其进行真空、流动氧气和液氮淬火,最终我们可以获得高质量不同超导转变温度的Bi2201样品,实现了制备高质量欠掺杂Bi2201单晶的可控制和可重复。通过生长和退火La-Bi2201单晶,我们可以获得从不超导到最高超导转变温度的铜氧化物超导体,实现了欠掺杂区域相图的全覆盖,这对研究铜氧化物高温超导体的物理性质、晶格结构以及超导机理是非常重要。3.利用可调谐激光,系统地研究了矩阵元效应中包含的三个方面变量对Bi2212的影响。分别从入射激光偏振方向,入射激光光子能量以及样品取向三个方面,对最佳掺杂Bi2212进行研究,分析这三个变量分别对得到的角分辨光电子能谱谱重的影响,验证在激光角分辨光电子能谱中突然近似假设成立,为今后利用激光角分辨光电子能谱获得高质量可信度高的能谱提供了信息。4.通过超高分辨率(1 meV)的激光角分辨光电子能谱仪对最佳掺杂Bi2212的超导能隙进行精确测量,我们发现,超导能隙并不符合严格的d波配对形式,在拟合时必须考虑到d波形式中高次项,也即考虑次近邻电子之间的相互作用。5.我们研究了Bi2212在反节点方向电子结构随温度的变化关系,我们发现,反节点区域能带的费米动量kF在穿过赝能隙温度T*和超导转变温度Tc时均保持不变,并没有看到类似Bi2201中的温度穿过T*时发生的相变,说明Bi2201中发生的相变,并不是普适现象。这对于铜氧化物超导体中赝能隙的起源,穿过T*时究竟是否存在相变,提供了强有力的证据,也对解释超导配对机理,赝能隙的本质以及赝能隙与超导能隙之间的关系提供了丰富的信息。6.我们对不同掺杂的Bi2201欠掺杂样品进行了角分辨光电子能谱实验,系统地研究了其超导能隙随动量变化的关系,发现在不同掺杂的Bi2201样品中,超导能隙大小与动量空间分布依然可以看成是单调d波对称,这与之前在欠掺杂样品中观测到的超导能隙严重偏离d波的现象有所不同。超导能隙最大约为27meV,远小于之前报道的欠掺杂Bi2201中60meV的超导能隙。这对理解和研究欠掺杂区域电子结构和赝能隙本质提供了丰富的信息。