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铜氧化物高温超导材料绝大部分是空穴掺杂的,相应的研究广泛而深入。但是电子掺杂的高温超导铜氧化物的研究相对而言少得多。众所周知,尽管早在J.G.Bednorz和K.A.Müller发现第以一个铜氧化物高温超导体LaBaCuO体系后不久日本的Y.Tokura等人就制备出了以NdCeCuO和SrNdCuO体系为代表的电子型高温铜氧化物超导体,由于样品质量制备困难,重复性差以及超导转变温度TC相对较低,长期未得到充分深入的研究。本文中以磁控溅射方法为主制备了高质量的电子型的La2-xCexCuO4(LCCO)薄膜,详细讨论了薄膜的制备、微观结构和生长机制,研究了不同掺杂浓度的薄膜超导电性和输运性质。利用不同取向的基片首次获得La2-xCexCuO4各向异性的输运特性。本文探索了用激光溅射(PLD)方法制备电子型超导薄膜,除了LCCO体系外,还对于其他的典型代表材料如单层的Nd2-xCexCuO4(NCCO)和无限层的(Sr,La)CuO2(SLCO)薄膜,也进行了初步研究。
对最佳掺杂的La2-xCexCuO4薄膜,采用双晶钛酸锶基片制备了超导晶界隧道结,进行了铜氧平面内隧道研究,结果表明LCCO中超导序参量不再是传统BCS的s波对称,而是具有dx2-y2波或者各向异性s波的对称性。在测量了不同温度下LCCO铜氧平面内的红外反射率从而得到光电导谱.同时还进行了飞秒激光泵浦-探测实验,研究电子型超导的载流子的非平衡动力学过程,得到了一些初步结果。
论文的最后一部分是理论方面的工作,考虑二维的t-t-J模型哈密顿量,利用Slave-Boson自洽平均场方法研究了高温超导体中准粒子和反铁磁自旋涨落的耦合及其对准粒子自能的修正,并计算了准粒子的光电子谱,隧道谱和红外光电导谱,结构同实验观测比较符合,说明了自旋涨落在高温超导机理中的重要作用。