论文部分内容阅读
研究高温超导机理的困难之一在于其正常态难以描述,特别是高温超导在电子态相图中与其他奇异电子态相互交织。换言之,这些电子态的起源与它们和超导的关系对揭示高温超导机理至关重要。大多数电子态研究缺少空间分辨能力,电子态相图中一些关键区域并不明确。本论文利用扫描隧道显微镜在原子级尺度直接观测电子结构和电子序,重新审视铜基和铁基高温超导体的电子态相图。在铁基超导体中,与超导交织的态有反铁磁序和各向异性的电子向列相。对于新发现的KxFeySe2超导体,在原子级分辨的FeSe表面,我们观测到了超导能隙,令人意外的是,这个表面同时存在着21/2×21/2电荷密度调制。我们指出这个电子超结构可能是源于铁原子磁矩形成的反铁磁序。同时,这个表面并没有众所期待的铁空位,意味着样品存在相分离,也说明铁空位并非KxFeySe2超导的必要条件。我们利用准粒子干涉（QPI）技术研究铁基超导体中电子态的各向异性,揭示它和超导的关系。母体中存在均沿着同一个Fe-Fe方向的哑铃状的局域杂质态,具有典型的C2对称电子液晶相特征。在欠掺杂样品中QPI图样依旧呈现四次（S4）旋转对称性的严重破缺,而且电子液晶态和超导相在实空间微观共存。然而,在最佳掺杂样品中,电子在实空间、动量空间都没有明显的S4对称性破缺。因此,随着电子掺杂浓度的增加,铁基超导体的电子结构变得越来越各向同性。特别是在超导转变温度最高的最佳掺杂样品中没有观察到电子液晶态存在的证据,说明在铁基超导体中电子液晶相及其涨落对超导库珀对的形成并不重要。对于铜氧化物超导体的电子态相图,本文主要研究绝缘的反铁磁相的电子态随掺杂的演化。我们直接观察到莫特绝缘体的大能隙,电荷掺杂导致了高能Hubbard带的谱重转移到了大能隙中间的低能电子态。随着掺杂浓度的升高,在费米能级附近出现了像赝能隙的谱形,同时出现了棋盘状电荷序,并连续演化到超导区域。赝能隙比电荷序出现的掺杂浓度低,赝能隙并非电荷序形成引起。在绝缘反铁磁相和超导相都出现了相同的电荷序,为理论探索提供很好的边界条件。最重要的是,掺杂母体莫特绝缘体时,铜氧化物先成为电荷有序绝缘体,费米面和高温超导进一步从这里演生出来。