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准一维电荷密度波(CDW)导体的研究一直是凝聚态物理,尤其是低维凝聚态物理中人们最感兴趣的前沿课题之一。在准一维导体(如蓝青铜)中,由于其结构强烈的各向异性及特殊的费米面拓扑结构导致晶格的Peierls失稳,从而伴随形成电荷密度波(CDW)。电荷密度波的出现使准一维导体中出现了许多不同寻常的物理现象,如非线性输运、噪声、开关、滞后等。
过去二十年中,对于电荷密度波的研究在理论和实验上都取得了很大进展,但是,仍有一些基本问题没有解释清楚。例如在电输运方面,电荷密度波的非线性行为、开关、高场下的阈值特性等,都是有待进一步研究的物理问题。另外,对于CDW导体的非平衡动力学性质的研究也是当今低维凝聚态物理研究的热点之一。
本论文通过对电荷密度波导体蓝青铜单晶A0.3MoO3(A=K、Rb)及其钨掺杂样品的实验研究,进一步探讨其Peierls相变机制,以及一些新的奇异耦合CDW的输运特征,如在较大温度范围内的第二阈值场行为,横向电流的调制效应等。
首先,本文采用电解还原法,以Rb2CO3(K2CO3)、MoO3、WO3为原料,制备了高质量的纯蓝青铜单晶及其钨掺杂样品,并系统地研究了钨掺杂对蓝青铜材料中Peierls相变、CDW形成及其输运性质的影响。
其次,在较大温度区间内(20-100K),研究了纯的Rb0.3MoO3单晶样品在外加较高电场条件下开关效应。首次在高达100K的温度范围内观察到了第二阈值场,并给出了20-100K温区内第二阈值场与温度的关系。根据以上发现,运用现有的理论对CDW材料中第二阈值场的形成机理进行了探讨。
第三,研究了Rb0.3MoO3样品中电荷密度波的横向电流调制效应。本文的实验发现横向电流对纵向高场下的第二阈值场有着明显的调制作用。此外,在纵向采用电压驱动和电流驱动的条件下,横向电流对第一阈值场产生完全不同的调制作用。