【摘 要】
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拓扑绝缘体和铜氧超导体作为新型量子材料,自被发现以来备受科学界的关注,这主要是因为它们具有不同于传统绝缘体和导体或超导体的奇特物理性能。例如,拓扑绝缘体具有电子自旋反向的无能隙的金属表面态,而体内则是有能隙的绝缘态体态。拓扑绝缘体的表面电子态具有时间反演对称性的保护,不受体内杂质或缺陷的影响,使得电子可在表面无散射、无能耗的传导。与拓扑绝缘体不同,铜氧超导体的母体是反铁磁绝缘体,不存在拓扑表面态,
【基金项目】
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中科院材料多物性研究基金（编号:204021018）；
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拓扑绝缘体和铜氧超导体作为新型量子材料,自被发现以来备受科学界的关注,这主要是因为它们具有不同于传统绝缘体和导体或超导体的奇特物理性能。例如,拓扑绝缘体具有电子自旋反向的无能隙的金属表面态,而体内则是有能隙的绝缘态体态。拓扑绝缘体的表面电子态具有时间反演对称性的保护,不受体内杂质或缺陷的影响,使得电子可在表面无散射、无能耗的传导。与拓扑绝缘体不同,铜氧超导体的母体是反铁磁绝缘体,不存在拓扑表面态,但在掺杂一定量的电子或空穴之后会成为高温超导体（非传统超导体）。所以它们在电子器件和能源等领域都具有重要的科学价值。Bi2Se3和Nd2-xCexCuO4被证实是具有这些奇异特性的两种材料。本论文的主要工作是,在成功进行Ti掺杂拓扑绝缘体Bi2Se3和铜氧超导体Nd1.87Ce0.13CuO4的高质量单晶生长的基础上,对它们进行高压强下的拉曼光谱研究。本文的主要工作分为四个部分。第一部分,对新型拓扑材料的生长进行探索,采用温度梯度法,通过控制掺杂成分、温度等实验参数,首次成功制备出了合格的Ti掺杂拓扑绝缘体Bi2Se3材料Ti0.1Bi2Se3的单晶样品。样品的成分和质量经过了单晶X射线衍射（XRD）、X射线荧光能谱（EDXRF）和高分辨透射电镜（HRTEM）等诸多技术手段的实验测量和证明。第二部分,通过控制和调节烧结炉内双温区的烧结温度,采用液相传输法,成功生长了质量优的电子掺杂铜氧超导材料Nd1.87Ce0.13CuO4（NCCO）。样品质量同样经过了单晶XRD和HRTEM等实验的测量和证明。第三部分,关于高压下对于Ti0.1Bi2Se3的拉曼光谱研究。通过测量出的拉曼频率-强度曲线,发现Ti0.1Bi2Se3样品的常压拉曼与已发现的NbxBi2Se3和SrxBi2Se3的常压拉曼光谱相似。但在高压强环境下,样品的谱线随着压力的增高出现了蓝移现象,并且在14.6 GPa处,谱线形状和谱线宽度（FWHM）发生了突变。这表明Ti0.1Bi2Se3样品发生了高压晶体结构相变。卸压后,实验发现在14.6GPa左右出现的晶体结构相变是可逆的,且样品在卸压过程中,出现了压力滞后效应。第四部分,关于高压下对于Nd1.87Ce0.13CuO4的拉曼光谱研究。通过测量绘制出的拉曼频率-强度曲线,发现在18GPa以内,样品的拉曼光谱没有出现新峰,但在高频处强度降低,峰的位置变化不明显,这表明Nd1.87Ce0.13CuO4在高压强18 GPa以内表现出了较强的晶体结构稳定性。通过高压拉曼实验,展示了 Ti0.1Bi2Se3和Nd1.87Ce0.13CuO4这两种量子材料在高压下不同的光谱学性质。前者在高压下出现了晶体结构相变,而后者则表现结构稳定。前者的拉曼频移随压强增大而增大,而后者则随压强增大而略为减小,这表明它们内部分子间作用力及其所受外界压强的影响不同。另外,Nd1.87Ce0.13CuO4的拉曼光谱的谱线宽度与压强近似成线性关系,但Ti0.1Bi2Se3的拉曼光谱的谱线宽度与压强的关系更为复杂。这些结果将为人们后续的物理学理论与实验研究提供重要参考。
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