二硼化镁超导电性研究

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自1911年,昂内斯首次发现超导电现象以来,超导电性研究一直是物理学研究领域的热点问题之一。2001年,二硼化镁高达39K的超导电性的发现引发了凝聚态物理学界的轰动。自那时起,世界范围内越来越多的物理学家开始投入到MgB2超导电性研究的热潮之中。 本论文主要研究了新型超导体MgB2的超导电性,在考虑电子-声子相互作用对超导电性影响的同时,又计及了非电子-声子相互作用的贡献,针对压强效应、超导临界温度和同位素效应对二硼化镁的超导电性进行了研究。 在第一章,我们简要回顾了超导电性研究的历史,并介绍了超导的基本性质、BCS理论和强耦合理论。 在第二章,我们讨论了二硼化镁正常态和超导态的基本性质,针对同位素效应、压强效应、输运性质、霍尔效应和超导能隙等进行了全面的分析与讨论。结果表明,MgB2具备声子媒介超导体的基本特征,可以在BCS理论的框架内讨论它的超导电性。与此同时,我们注意到,与其它具有相似品格结构的化合物相比,MgB2并没有什么特殊之处,但它却拥有远高于其它金属间化合物,高达39K的超导转变温度;另外,实验还表明,MgB2超导体总的同位素效应指数仅为0.32,大大偏离BCS的理论值1/2。所有这些都告诉我们,MgB2并非一个纯粹的BCS超导体,单纯的电子-声子耦合机制不能很好地解释它的超导电性,还需要考虑到某种非电子-声子相互作用的贡献。于是在第三章和第四章,我们利用考虑到了非电子-声子相互作用的理论模型对二硼化镁的超导电性进行了研究。 在第三章,我们基于强耦合理论的Mcmillan公式,对MgB2的压强效应进行了研究。研究的结果发现,随着外界压强的增大,电子-声子耦合参数逐渐减小,电子-声子相互作用对体积的依赖参数Φ介于sp波超导体和d波超导体之间,从而进一步表明了二硼化镁超导体具备声子媒介超导体的特征。同时也说明,讨论二硼化镁超导电性的时候,考虑到非电子-声子相互作用是必要的。摘要 在论文的第四章,我们从既考虑到电子一声子相互作用又考虑到非电子一声子相互作用的双带模型出发,利用自洽近似的方法来研究MgB:的超导电性。结果得到同位素效应指数a为0.34,与实验数据相符合,说明了我们所采用模型的可用性。另外,我们的研究结果表明非电子一声子相互作用在MgB:系统中起到了重要作用,能够大大提高MgB:超导体的超导转变温度,这为以后的MgB:超导研究指明了方向。
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