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本文用原子力显微镜、电阻率、热电势等测量手段系统地研究了电子型超导体Nd1.85Ce0.15CuO4单晶样品的制备和退火过程,在电子型超导体的热性质、磁性质、输运性质等方面获得了一些重要信息,对于认识电子型超导体的超导机制具有重要意义,对高温超导电性与反铁磁关联的关系进行了探索。全文共分四章。
第一章:概括了电子型超导体的一些理论和实验结果,并综述与此相关的金属—绝缘体相变理论。电子型超导体除:1属于强电子关联体系,2反铁磁关联作为与超导态竞争的基态这两点外;其它诸如晶格结构、序参量对称性、赝能隙现象及非公度自旋涨落等均明显区别于空穴型超导体,这表明单带Hubbard模型及t-J模型等均不适用于电子型超导体。
第二章:通过改变Nd1.85Ce0.15CuO4±δ单晶样品制备过程中冷却速率的方法,得到两种不同的最佳掺杂单晶样品(随炉冷却样品和非随炉冷却样品),经原子力显微镜分析,首次发现单晶在制备和热处理过程中已有分解过程存在。ab面与c方向电阻率比较显示,随炉冷却样品与非随炉冷却样品表现出较大差别,这一差别无法通过改变间歇氧0(3)而消除,可能与分解过程有关:制备过程中体系发生局部分解,一方面其中的分解物(Nd,Ce)2O3+NdCeO3.5可能影响到有效载流子浓度和单晶的均匀性,对超导产生负面影响,同时另一分解物Cu2O中产生的非磁性Cu1+对Cu-0面内Cu2+-Cu2+反铁磁关联具有一定破坏作用,使体系向金属行为过渡。
第三章:研究了不同退火条件对电子型超导体Nd1.85Ce0.15CuO4±δ单晶样品电阻率及热电势的影响,实验结果表明,加氧退火过程经导致间隙氧的增加,引起载流子浓度的降低;而去氧环境下的退火过程包含;体系有序分解和去除间隙氧两个过程,这两个过程的竞争决定载流子浓度的变化,而有序分解过程对反铁磁关联的破坏起更主要的作用。
第四章:研究了过渡金属层状化合物的热电势,详细地讨论了母体材料TiS2和经Bi原子注入而得到的化合物BixTiS2的热电势,可知,Bi原子注入的主要作用在于将电子从Bi原子输送给体系的TiS层,这一过程不影响有效散射机制。低温区热电势的声子曳引峰主要由该体系所特有的薄透镜状Fermi袋所引起,且随着原子注入的继续,有更多的载流子被引入该体系中,这将导致Fermi袋的扩大,并引起特定声子能量hωC的增加,和导致声子曳引峰所对应的温度的升高。从该声子曳引峰得出的有效载流子浓度n0的大小符合其它文献的报道,表明该体系满足自由电子气模型,并且注入过程中每一个Bi原子可向母体材料的TiS2层提供5个电子。