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铁基超导体一经发现便受到人们广泛关注。目前已经证实多带以及超导和磁有序的关联在铁基材料的物理中扮演重要角色。非中心对称超导体,由于其配对态可能为自旋三重态占主要比例,近年来也备受瞩目。因而在本论文中,我们首先研究了电子型铁基超导体Ba(Fe1-xCoZ)2As2(x=0-0.3)系列单晶的霍尔效应,从而可以得到两带、磁有序和超导的关系。其次,从非中心对称角度,研究了超导体Ru783的物理性质,主要关注其可能的非常规配对对称性。最后还研究了镍基超导体La1-xSrzNiAsO的电输运性质,NdFeAsO0.7F0.3单晶生长和最佳掺杂的Bi2Srl.6La0.4CuO6+8的超导涨落性质。
论文引言部分首先简要叙述了铁基超导体新材料探索和物理研究的进展,然后是介绍非中心对称超导体的基本物理。最后简要介绍铜氧化物高温超导体的基本情况,尤其是电子态相图。
第二章描述了本论文实验所涉及的实验装置、原理以及测量方法,同时也介绍了材料能带计算软件LMTART的原理。
第三章介绍了电子型铁基超导体Ba(Fe1-xCox)2As2(x=0-0.3)系列单晶制备和霍尔效应研究。我们发现霍尔系数测量的结果和从第一性原理计算出发的经典图像不一致,但可以用两带模型来解释,其中电子带和空穴带的准粒子有非常不同的弛豫率,而对于x<0.08的样品在发生AFM相变后载流子浓度有非常显著地减小。只有在严重过掺的样品(x=0.3)霍尔浓度和掺杂浓度一致,并符合单带模型。能带计算发现在这个掺杂点附近空穴口袋基本消失,与此同时超导也已经消失。结果强烈暗示电子带和空穴带之间的带间散射并借助反铁磁涨落对超导的配对起了关键性作用。这个工作的意义在于首次研究系列掺杂铁基超导体单晶的霍尔效应,同时对铁基超导的配对机制以及电子结构的演变给予重要的启示。
第四章介绍了非中心对称超导体的Ru783物理性质,我们利用磁化、多种输运测量确定了其超导配对对称性为各向同性的s波,费米面上的输运表现为单带的行为,超导能隙为0.5 meV,电声耦合较弱。结合能带计算和实验测量参量之间的自洽计算,给出了这种超导体正常态和超导态的参数的可靠值。我们认为这种材料中的反对称自旋轨道耦合效应不足以产生显著的自旋三重态,虽然能带计算中显示存在自旋朝上和朝下的能级劈裂。这个工作的意义在于首次研究了非中心对称超导体Ru783的配对对称性以及其基本的物理参量,对寻找其他非中心对称超导体的途径也有所启示。
第五章介绍了其他三个方面的工作。其一为镍基超导体La1-xSrZNiAsO的发现和物性表征。我们发现用二价的Sr部分替代三价的La可以导致Tc的提高,测量不同掺杂样品霍尔系数后,我们发现低掺杂样品的载流子为电子型,高掺杂后载流子变为空穴型主导。这种现象首先支持空穴载流子也能导致超导的学术观点,其次从能带刚性模型出发,随着掺杂载流子类型改变表明LaNiAs0的费米面上的两带特征。随后基于磁阻测量,我们发现Kohler定则在La1-xSrZNiAsO体系中是不满足的,暗示其费米面上多带行为,显然磁阻测量和霍尔系数测量的结论是一致的。其二为铁基超导体NdFeAsO0.7F0.3单晶生长。常压下利用助熔剂方法,我们可以生长出最大尺寸为70μm的晶体。利用微加工FIB技术,成功的在微米尺寸晶体上沉积了若干电极并测量了其电输运性质,得到上临界场和各向异性等重要参量的本征数值。其三为最佳掺杂Bi2Sr1.6La0.4CuO6+6的涨落超导电性的研究。利用光学浮区法生长出大块高质量晶体,基于此测量了不同磁场下可逆区的抗磁磁化和电阻率。按照最低朗道能级标度律,我们在同一块单晶上标度了其抗磁磁化和电阻率,发现最佳掺杂的Bi2Sr1.6La0.4CuO6+8属于一个二维体系,上临界场为70 T左右。
论文最后给出了详细的总结。