【摘 要】
:
高温超导体的超导电性可以通过多种非温度参量调节,如掺杂、磁场、压强等。在这个调控过程中,超导体的电子态和费米面结构经历了复杂的变化。为探索高温超导配对机制,厘清电子态和费米面结构的演化尤为重要。输运是一种方法相对简单但可以有效反映各种电子态信息的测量手段。例如,通过测量霍尔可以得到材料载流子浓度,测量热电势得到材料费米能,测量转角磁电阻研究电子态的对称性等。本文通过发展电热输运技术围绕两类高温超导
【机 构】
:
中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
【出 处】
:
中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
论文部分内容阅读
高温超导体的超导电性可以通过多种非温度参量调节,如掺杂、磁场、压强等。在这个调控过程中,超导体的电子态和费米面结构经历了复杂的变化。为探索高温超导配对机制,厘清电子态和费米面结构的演化尤为重要。输运是一种方法相对简单但可以有效反映各种电子态信息的测量手段。例如,通过测量霍尔可以得到材料载流子浓度,测量热电势得到材料费米能,测量转角磁电阻研究电子态的对称性等。本文通过发展电热输运技术围绕两类高温超导体La2-xCexCuO4(LCCO)和FeSe开展对其费米面结构的研究。首先,通过强磁场电输运对最佳掺杂电子型铜基超导体La1.9Ce0.1CuO4±δ中的反铁磁量子相变做了细致研究。在反铁磁作用下,LCCO的费米面发生重构,随之电阻和霍尔曲线分别出现低温上翘和扭折行为。随着磁场的增加,这两种行为逐渐被抑制。在大约60T,体系发生从反铁磁态到极化铁磁态的量子相变。此时,霍尔数从-0.1变为0.9,表明费米面结构从电子口袋恢复为空穴口袋。这种强关联体系的磁性相变可以很好地被全息模型所描述。在弱场极限下,奈尔温度与磁场的平方成正比,与朗道相变理论的结果相同。但在临界点Bc附近,奈尔温度与磁场满足对数关系,展现出类似Beresinkii-Kosterlitz-Thouless相变的行为。通过磁电阻研究,发现在LCCO的反铁磁区域内部存在着正负磁电阻转变。负磁电阻出现的特征场与霍尔数偏离-0.1的磁场一致,说明负磁电阻来自于磁场对反铁磁自旋的调制。由强磁场诱导出的自旋分量为载流子提供铁磁通道,从而提高电导率。而正磁电阻行为无法在Drude模型下得到合理解释。这种异常的正磁电阻不仅只存在于反铁磁区域内部,并且与超导有着密切联系。我们的理论合作者构建了一种拓扑序的微观结构,可以自洽解释该异常正磁电阻行为。尽管,正磁电阻的微观图像还有待进一步证实,但正磁阻、短程反铁磁有序以及高温超导电性这三者之间的联系已从强磁场实验中显现出来。其次,分别基于Montana和PPMS平台设计并制作了热输运测量装置。在进行标准样品测试后,完成了LCCO,FeSexTe1-x,Li Ti2O4和Mg Ti2O4等超导体的热电势测量。在此基础上,我们把离子液体调控技术融合到该实验装置中,来实现在调控薄膜超导电性的同时对其费米面结构的研究。最后,对调控FeSe的费米面结构演化做了细致研究。FeSe是典型的多带体系,其电子和空穴型载流子的强烈竞争导致霍尔系数(RH)和Seebeck(S)展现出复杂的温度依赖行为。通过调控,FeSe的Tc从11K升高至40K。在此过程中,电子型载流子在输运中逐渐占主导地位,并且RH和S/T曲线在Tc饱和后不再随温度变化,预示着费米面只包含一个电子口袋。我们基于Drude模型提炼出输运参量,发现随着调控电子型载流子浓度从9.5×1019cm-3增长至2.1×1021cm-3,而费米能减小到80me V,由此得到的调控后电子有效质量为3.4me。这种载流子浓度增加,但费米能减小的行为可以很好地被电子关联增强的图像解释。因此,随着Tc的增加,一个清晰的费米面结构演化图像如下:空穴带逐渐沉入费米能级以下,体系发生Lifshitz相变;电子带逐渐变平,电子关联性增强。
其他文献
量子相和相变是凝聚态物理关心的重要问题,它们往往是新理论、新发现的孕育者。对过渡金属氧化物的研究引出莫特绝缘体和Hubbard模型;围绕高温超导,对反铁磁海森堡基态研究引出了共振价键态(Resonating Valence-Bond state,RVB)和量子自旋液体(Quantum Spin Liquid,QSL)的概念,而后分数化和拓扑性质渐渐走入人们的视野。但由于在复杂的量子多体体系中,因为
偏振是描述光的重要物理量,体现了光作为横波的振荡特性。作为一种重要的信息载体,偏振特性在通讯、加密、成像、显示、遥感等领域中有广泛的应用。然而传统的偏振调控光学系统往往体积庞大而且加工工艺复杂,无法满足当今器件高密度片上集成以及多功能的发展趋势。近年来,随着微纳加工技术以及方法的进步,构筑具有新颖偏振特性的微纳结构成为解决复杂片上偏振技术难题的关键突破口。近年发展起来的光学超表面是利用人工亚波长微
化学掺杂是调控非常规超导电性的有效手段。对不同掺杂浓度的超导体进行细致的表征有助于提取主导超导电性的关键参量,进而为深入理解非常规超导电性机理奠定基础。本论文中,我们通过样品制备参数调节和离子注入这两种方法对尖晶石结构氧化物超导体LiTi2O4进行了系统的掺杂,并开展了相应的电输运和电子态表征。此外,结合高通量实验技术,我们搭建了一台激光分子束外延-扫描隧道显微镜联合系统,旨在生长组分连续变化的超
鬼成像是一种利用光场的强度关联信息来恢复物体图像的新型成像技术,因为其具有分辨率高、抗噪性好、造价低等优点而受到人们的广泛关注。本论文介绍了作者博士期间在鬼成像领域的主要研究工作以及相关背景知识,论文主体分为以下几个部分。第一部分为绪论。主要介绍了鬼成像的基本原理,从而得到鬼成像相比其他成像方法的优势;然后简述了鬼成像技术的研究进展,并讨论当前研究中存在的困难。我们根据鬼成像领域的热点和难点,分别
伴随着社会的发展,人们面对的信息数据越来越庞大和复杂,这给计算机的运算量和运算速度提出了更高的要求。因此,量子计算机的设计应运而生。量子计算机在相同数量的运算单元的情况下比传统计算机具有更大的运算量和更高的运算速度。但是,传统的量子比特极容易受外界干扰而导致运行出错,因此,量子计算机的发展受到了制约。而基于马约拉纳零能模的拓扑量子计算机由于其受体系的拓扑保护,对外界局部扰动有很强的抗干扰能力,从而
在过去三十年中,锂离子电池(LIBs,Li-ion batteries)的商业化彻底改变了世界。这主要由于其较高的能量密度和优异的循环性能,使研究人员能够开发利用对现代社会大有裨益的各种便携式电子设备。在帮助人类解决全球能源危机和缓解气候变化等方面,电池技术同样大有可为。为了人类可持续而又高质量的生活,使用可再生清洁能源(例如太阳能、风能、潮汐能等)替换化石燃料是将来发展的趋势。但是用于生产制造锂
得益于飞秒激光独有的时间特性,其在科研、工业加工、医疗等领域有着广泛的应用。这些应用也进一步推动着飞秒光源的发展,比如高次谐波及阿秒科学促进了少周期、高平均功率飞秒放大器的发展,精密计量及光学频率梳促进了高重频飞秒振荡器的发展,而强场物理实验比如激光尾波场加速,实验室天体物理和质子加速等则极大地推动着高峰值功率高对比度超强激光系统的发展。因此提升飞秒激光的时域参数比如脉冲宽度、重复频率、时间对比度
多铁性材料是指同时具有两种或两种以上铁性的材料,即材料同时具有铁电、铁磁或铁弹特性。在过去的十多年里,多铁性材料被广泛关注,并成为凝聚态物理和材料科学中的热点研究方向之一,这不仅仅是因为该类材料在实际应用中具有广阔的应用前景,还因为它蕴含着丰富的物理内涵。此外,多铁性材料的磁电耦合特性以及多场耦合效应也是被关注的一个重点。近年来,随着材料合成理论及技术的快速发展,金属-有机框架材料成为多铁性材料的
无论从理论还是从实验上,都已经在几何阻挫磁体中发现了奇异的量子态,如自旋冰、自旋液体等行为。但对于具有阻挫的量子磁体,想要在理论计算和实验测量之间实现直接且精准的对比,依然是一个非常大的挑战。最近,一种新的量子阻挫磁性材料Tm Mg Ga O4(TMGO)在实验室中被成功合成,该材料独特的几何结构和原子性质使得它的磁性可被三角格子上的量子伊辛模型来描述,这就给实现理论和实验之间的直接对比带来了机会
近二十年来,拓扑概念从数学分支引入到凝聚态物理领域,并扩展到固体能带理论,极大促进了凝聚态物理的发展。从量子霍尔效应的发现,到三维拓扑绝缘体的实验验证,再到如今拓扑半金属的飞速发展,各类新型的拓扑电子态正在逐渐被发现。拓扑材料具有丰富且新颖的电子态结构,对于自旋电子学和拓扑量子计算等领域有很大的应用前景。目前人们在层状拓扑材料中发现了许多新奇的物理现象,比如量子反常霍尔效应、轴子绝缘体态、高阶拓扑