La1.6-xNd0.4SrxCuO4和K0.8Fe1.65Se2超导体的输运性质与条纹相的关系

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实验和理论研究证明在铜氧化物超导体中,电子的本征非均匀分布占着主导的地位,这些电子的不均匀分布最终会导致条纹相的出现。所谓条纹相是指,在Cu02面内掺杂电荷(空穴)为了减小其动能,自发聚集成一维链状结构,与反铁磁背景发生分离并形成周期性的调制结构。铜氧化物超导体中条纹相的存在已经被许多实验所证实,由于其与超导电性有密切的关系,因而成为了新的研究热点。本论文主要研究了具有静态条纹相的La41.6-xdo.4SrxCuO4单晶的Hall效应、Seebeck效应、还有比热的性质,讨论了条纹相对它们的影响。另外,还研究了具有条纹结构的Ko.8Fe1.65Se2单晶的各向异性特征。论文内容分为六章,每章的主要内容概括如下:第一章主要综述了铜氧化物高温超导体中条纹相的基本物理图像和它的一些性质,着重介绍了条纹相对高温超导体的费米面及其比热的影响。分析了Kye2-xSe2超导体中出现的相分离现象及其与超导电性的关系。第二章首先介绍了光学浮熔区法生长La系超导单晶。然后研究了La1.6Nd00.SrxCuO4(LNSCO)单晶的Hall系数(RH)和Seebeck系数(S),研究结果表明样品的RH和S在电荷有序温度(Td)以上随温度变化较小,但从Td开始迅速下降,并在低温下转变为负值。负RH和S表明体系的费米面发生重构出现了电子型的费米口袋。而没有静态条纹相的La2-xSrxCuO4样品的RH和S没有发生符号的改变。此外,随着Sr掺杂浓度的提高电荷条纹的稳定性变弱,对应的负RH值也随之减小,说明静态电荷条纹对负RH的出现具有重要作用,费米面重构与静态电荷条纹密切相关。电荷条纹的稳定性还可以通过改变薄膜的面内压应力来调节,在较薄的膜中,较大的面内压应力使低温四方相受到压制,静态电荷条纹也受到强烈地压制,RH没有发生符号翻转。而在较厚的膜中,应力得到释放,静态电荷条纹得以稳定的存在,RH发生符号翻转,这一结果再次证明静态电荷条纹对费米面重构的重要性。第三章研究了不同掺杂浓度的La1.6-xdo.4SrxCuO4(x=0.10,0.12,0.15)单晶的比热性质。研究发现结构相变处的熵变,在条纹相最稳定的x=0.12样品中最大,而在条纹相较弱的x=0.15样品中最小,说明体系中电荷条纹相的稳定性可以利用结构相变引起的熵变来表征。由于Nd3+的存在,LNSCO低温下出现了较大的肖特基反常比热,而且峰值的位置随着磁场的增大逐渐向高温方向移动。我们利用Nd3+基态双能级劈裂引起的肖特基比热对此进行了很好地描述。另外,由于Sr原子的质量比La原子的质量小,Sr取代La使得体系中声子谱发生变化,出现了更高频率的振动模式,所以LNSCO的晶格比热得到增强。第四章我们通过测量角度依赖的面外电阻率ρc研究了Ko.8Fe1.65Se2体系的面内各向异性。研究结果表明样品的上临界场Hc2表现出了明显的四重对称性,该四重对称性与K0.8Fe1.65Se2体内由相分离产生的四重对称的超导条纹结构密切相关。当磁场沿着条纹方向时,对超导条纹的穿透较严重,大大降低了超导条纹的自由能,因而此时的上临界场Hc2110要比其它方向大,这样Hc2(φ)就表现出明显的四重对称性。我们提出了一个用来标度面内各向异性Hc2的方法,该方法可以很好地描述四重对称的Hc2。K0.8Fe1.65Se2体系的面外电阻率ρc(φ)在Tc温度以下也表现出了四重对称性,并且与四重对称的条纹结构密切相关。四重对称的ρc(φ)在磁通流动区域最明显,修正过的Bardeen-Stephen方程可以对四重对称的ρc(φ)进行很好地描述。四重对称的条纹结构使得K0.8Fe1.65Se2体系的钉扎势U以及不可逆线Hirr也表现出了四重对称性,条纹结构对体系的磁通动力学行为也具有显著地影响。另外,在Tc温度以上,ρc(φ)表现出两重对称性,并且随着温度升高逐渐趋近于反铁磁有序(AFM)温度两重对称性变弱,因此两重对称性很可能起源于体系的AFM有序。第五章研究了K0.8Fe1.65Se2体系面内和面外之间的各向异性特征。利用H//c和Hllab的面内电阻(ρab)展宽曲线得到了上临界场Hc2和磁通运动的激活能U,分析了它们的各向异性。研究结果表明,Ko.8Fe1.65Se2体系的各向异性参数Γ≈3.35,比铜氧化物超导体的值小很多,具有更大的应用前景。另外,通过不同磁场方向的磁化曲线得到了临界电流密度Jc,结果发现该体系的Jc比其它Fe基超导体的Jc小,这主要是由体系中的相分离导致的。第六章我们利用溶胶凝胶法制备了不同掺杂浓度的La2-xSrxCu04(0.10≤x≤0.30)纳米颗粒,并对其磁性质进行了研究。研究结果表明纳米颗粒的磁化率在低温下除了具有抗磁信号以外,还有一个正的磁信号,而且Tc温度以上的MH曲线表现出明显的磁滞现象,说明正的磁信号应该是铁磁性的贡献。ESR谱测量结果表明,所有纳米颗粒的ESR谱线都具有明显的吸收峰,而多晶样品的ESR谱上没有吸收峰,说明样品纳米化后在颗粒表面出现了大量的未补偿自旋。这样在La2_xSrxCu04纳米颗粒中就同时存在着自由载流子和局域磁矩,因而有可能存在RKKY相互作用。所以我们认为铁磁性可能来源于颗粒表面由于纳米化而出现的未补偿自旋之间的RKKY相互作用。
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