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本文首先介绍了电子型高温超导体Nd<,1.85>Ce<,0.15>CuO<,4>及其Nd位掺Sm单晶的生长方法,随后对其正常态输运性质电阻率、热电势、热导率作了细致的测量和分析,最后研究了不同退火条件对Nd<,1.85>Ce<,0.15>CuO<,4>导电性和输运性质的影响,取得了一些有意义的结果。
第一章铜氧化合物高温超导体综述部分,简要介绍了高温超导体的研究历史,一些基本性质,包括晶体结构、相图、输运性质和最新的理论进展等。
第二章采用CuO作助熔剂制备了高品质Nd<,1.85>Ce<,0.15>CuO<,4-δ>(x=0,0.35,0.85,1.35)单晶,并进行了结构表征,X射线衍射结果表明其具有良好的晶体学完整性。随后将单晶置于通有N<,2>气的退火炉中,在900℃或1080℃进行适当时间的退火处理得到具有良好超导电性的样品。这为我们下一步的研究工作奠定了基础。
第三章研究了Nd<,1.85-x>Sm<,x>Ce<,0.15>CuO<,4-δ>(x=0、0.35、0.85、1.35)单晶的电阻率(ρ)、热电势(S)和热导率(K)。根据我们的实验结果,电阻率、热电势和热导率都可以独立地证明Nd<,1.85>Ce<,0.15>CuO<,4>中存在两种载流子:空穴和电子,其中空穴型能带很窄,而电子型能带较宽。Sm的掺入并没有引入额外的载流子,而只是增加了体系的无序,这个无序局域化了电子带带尾的电子载流子,从而直接影响了电子电导(σ<,e>)。与此同时,由于空穴带位于电子带的中心位置,所以并没有受到局域化的影响。这种局域化导致了ρ、S和1/K随着x的变化有着相同的变化规律,都是在半掺杂前(x<0.85)随着x的增大而增大,半掺杂后后随x增大而减小。
第四章研究了电子型高温超导体Nd<,1.85>Ce<,0.15>CuO<,4-δ>单晶不同退火条件下的正常态的电阻率和热电势性质。这些输运性质同样都可以在双能带模型(一个空穴型窄带叠加在一个宽的电子带)下得到很好的解释。900℃和1080℃两不同退火温度下经过恰当时间的去氧退火处理,均能得到本体系最高超导温度。电阻率研究表明,电子和空穴的成分比例(σ<,e>/σ<,h>)不变。它们热电势之间的差异为空穴窄带贡献S<,h>的变化所致,和电子、空穴之间的权重无关。在1080℃退火条件下的进一步的深度去氧退火和加氧退火研究表明:深度去氧退火主要影响能带的填充度但对能带的结构并无影响,而加氧退火过程中,能带填充没有发生变化而空穴窄带的宽度和位置均发生了变化。