电子掺杂铜氧化物高温超导体基态相图的研究

论文摘要

对电子型掺杂材料的研究成为近来铜氧化物高温超导体研究的热点。实验上观察到,和空穴型掺杂材料相比,电子型掺杂铜氧化物材料表现出非常大的差异性。特别是在电子型掺杂材料的相图中,反铁磁长程序直到最佳掺杂附近仍然存在,而超导序只是在最佳掺杂附近很窄的掺杂区域内存在,这和空穴型掺杂的相图有很大的不同。人们相信,对于电子型掺杂铜氧化物材料的研究,特别是合理解释为什么空穴型掺杂和电子型掺杂材料的相图存在不对称性,有助于我们全面理解铜氧化物材料的反常物理性质,并可以帮助人们正确理解铜氧化物超导材料中电子配对的机制。本文在t-J-U模型和Gutzwiller平均场理论的框架下,对电子型掺杂铜氧化物高温超导材料基态时的相图进行了初步研究。首先,我们在第一章里简单介绍了电子型掺杂铜氧化物超导材料的主要实验结果以及最新进展。在第二章里,我们介绍了理论上可以描述CuO2平面内基本的低能物理过程的t-J-U模型,并介绍了目前国际上公认的可以较好的处理电子之间强相互作用的Gutzwiller平均场近似。应用Gutzwiller平均场理论和扩展的t-J-U模型我们在第三章里系统讨论了电子型掺杂铜氧化物高温超导材料基态时的相图:首先我们采用电子掺杂材料Nd2-xCexCuO4（NCCO）的典型实验参数t/J=-2.5,t′=-0.34t,t″=0.23t,通过自洽求解得到了U=30t和U=12t的理论相图。结果表明,在大U极限下,电子型掺杂材料反铁磁长程序直到最佳掺杂浓度附近都存在。随着U的减小,反铁磁长程序以更快的速度消失,同时d波超导序也受到抑制。这些都与数值计算结果定性一致。此外小U时的计算结果说明,在我们目前所用的理论框架下,系统为强关联体系;我们还采用不针对具体材料的典型参数t/J=-3,t′=-0.32t,t″=0.16t通过自洽求解得到了系统基态时的相图以及体系的基态能量,我们的计算结果都显示对于电子型掺杂材料反铁磁序参量与超导序参量在很大的掺杂浓度范围内都共存。我们的结果和相关数值模拟结果定性相符。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 第一章 电子掺杂铜氧化物的实验研究
• 1.1 相同点
• 1.2 电子-空穴非对称性
• 1.2.1 晶体结构
• 1.2.2 电子对的耦合方式
• 1.2.3 电子配对的对称性
• 1.2.4 实验相图
• 1.2.5 实验相图新进展
• 1.3 电子掺杂铜氧化物的实验研究总结
• 第二章 电子掺杂铜氧化物的理论研究
• 2.1 t-J-U模型
• 第三章 理论推导及其应用
• 3.1 理论推导
• 3.2 计算结果
• 2-xCe_xCuO₄'>3.2.1 计算Nd_2-xCe_xCuO₄
• 3.2.2 应用典型参数的计算
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果
• 致谢