La1.6-xNd0.4SrxCuO4单晶的输运性质和磁通动力学研究

论文摘要

电荷有序是包括高温超导体在内的掺杂Mott绝缘体中的一个普遍存在的现象。在很多高温超导体中,中子散射等实验发现了电荷条纹相的证据。在这种电荷有序模型中,电荷自发汇聚成一位条纹,并在这些电子河流中运动而不影响反铁磁背景。电子条纹相造成了高温超导体面内电荷、自旋以及超导电性的周期性调制,对高温超导体的物理性质起了很大的影响。在本论文中,我们研究了静态条纹相体系La1.6-xNd0.4SrxCuO4中条纹相对体系超导电性和各向异性的影响,以及条纹与磁通的相互作用,对条纹相体系的磁通动力学行为进行了分析。另外,我们还研究了基于La2-xSrxCuO4的异质p-n结的Ⅳ特性,研究了超导电性对结的Ⅳ特性的影响。本论文内容共分为五章,各章的主要内容概括如下:第一章内容主要是高温超导体中条纹相的研究进展,介绍了条纹相的物理图像以及支持条纹相的各种实验证据,讨论了对条纹与超导电性的关系,阐述了条纹对高温超导体电输运行为以及磁结构的影响。第二章中我们介绍了光学浮熔区法的单晶生长,和生长温度、气氛等对单晶生长稳定性和晶体质量的影响。我们发现空气气氛有利于单晶的稳定生长,在一定范围内升高生长温度可以有利于单晶的择优取向,但是也会增加晶体中的缺陷。通过以上发现我们优化工艺制备了高品质的La2-xSrxCuO4和La1.6-xNd0.4SrxCuO4单晶。第三章研究了La1.6-xNd0.4SrxCuO4单晶ab面内和c轴方向电阻的超导转变曲线的行为展宽,分析了静态条纹相对超导电性的影响以及各向异性参数、相干长度等物理量随着条纹序强度的变化。我们发现静态条纹相使得c轴超导转变起始温度要明显高于ab面内超导转变起始温度,并增大了体系的各向异性。第四章研究了La1.6-xNd0.4SrxCuO4单晶c轴磁电阻对ab面内磁场角度的依赖关系。我们发现在超导转变过程中c轴电阻随面内磁场的角度表现出一个四重对称的各向异性。结合对静态条纹相体系磁结构的分析,我们证明了这种电阻的各向异性行为是由于静态条纹对磁通的钉扎导致磁通运动的各向异性造成的。这个结果提供了条纹钉扎磁通的重要实验证据,并且从电输运研究方面印证了条纹相模型。第五章研究了La2-xSrxCuO4与Nb掺杂的SrTiO3组成的异质p-n结的Ⅳ特性。我们发现结表现出与传统半导体p-n结类似的整流特性。在La2-xSrxCuO4超导转变后,结的Ⅳ曲线上出现了对应的变化,并表现出奇异的磁阻行为。正向开启电压在超导转变后会出现一个明显的下降,通过对其起源和温度、磁场依赖行为的分析,我们认为这个下降值△Vd对应于LSCO中的超导能隙。这提供了一种研究高温超导体能隙的新方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 高温超导体中的条纹相研究
• 1.1 引言
• 1.2 条纹相的基本物理图象
• 1.2.1 高温超导体中的条纹相
• 1.2.2 1/8反常现象
• 1.3 条纹相的其它实验证据
• 1.3.1 扫描隧道显微镜（STM）
• 1.3.2 μ子自旋转动（μSR）
• 1.3.3 核磁共振（NMR）和核四极共振（NQR）
• 1.3.4 角分辨电子能谱（ARPES）
• 1.4 条纹与超导电性
• 1.4.1 条纹相与超导电性的关系
• 1.4.2 条纹序的调制
• 1.5 条纹相体系的输运行为研究
• 1.5.1 条纹相体系的电阻研究
• 1.5.2 Hall效应研究
• 1.5.3 热导
• 1.6 高温超导体中的磁通动力学研究
• 1.6.1 高温超导体中的磁通动力学理论
• 1.6.2 非均匀超导序与磁通钉扎
• 1.6.3 磁场下的电输运与磁通动力学
• 1.7 条纹相体系的磁研究
• 2面内的磁结构'>1.7.1 条纹相体系CuO₂面内的磁结构
• 1.7.2 LNSCO中的可逆磁化曲线研究
• 1.7.3 LBCO中的Cu自旋反转
• 1.8 本章小结
• 参考文献
• 第二章 光学浮熔区法制备La系高温超导体单晶
• 2.1 引言
• 2.2 La系超导单晶生长基础
• 2.2.1 光学浮熔区单晶生长法
• 2.2.2 LSCO的相图研究
• 2.3 光学浮熔区法生长LSCO单晶的研究
• 2.3.1 LSCO单晶生长原料的制备过程
• 2.3.2 温度对LSCO单晶生长的影响
• 2.3.3 生长气氛对LSCO单晶生长的影响
• 2.3.4 LSCO单晶的结构表征
• 2.4 LNSCO单晶的生长及结构表征
• 2.5 本章小结
• 参考文献
• 1.6-xNd_0.4Sr_xCuO₄单晶各向异性电输运的研究'>第三章 La_1.6-xNd_0.4Sr_xCuO₄单晶各向异性电输运的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验样品的准备
• 3.3 实验结果及讨论
• 3.3.1 LNSCO单晶的电阻率展宽曲线
• 3.3.2 电阻率各向异性随温度的变化
• 3.3.3 LNSCO单晶的上临界场研究
• 3.3.4 LNSCO单晶的不可逆线研究
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 1.6-xNd_0.4Sr_xCuO₄单晶的四重对称磁阻研究'>第四章 La_1.6-xNd_0.4Sr_xCuO₄单晶的四重对称磁阻研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验样品的准备
• 4.3 实验的结果与讨论
• 4.3.1 LNSCO在不同磁场下的电阻展宽比较
• 4.3.2 c轴磁阻的面内磁场角度依赖关系
• 4.3.3 LNSCO单晶中四重对称磁阻的起源探讨
• 4.3.4 与静态条纹相关的磁通动力学的研究
• 4.3.5 条纹序与四重对称各向异性强弱的关系
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 2-xSr_xCuO₄/Nb-doped SrTiO₃异质结的Ⅳ特性研究'>第五章 La_2-xSr_xCuO₄/Nb-doped SrTiO₃异质结的Ⅳ特性研究
• 5.1 引言
• 5.2 LSCO/SNTO异质结的制备和表征
• 5.2.1 磁控溅射法镀膜的基本原理
• 5.2.2 LSCO/SNTO异质结的制备
• 5.2.3 LSCO/SNTO异质结的表征
• 5.3 LSCO/SNTO异质结的Ⅳ特性研究
• 5.3.1 Ⅳ曲线随温度的变化研究
• 5.3.2 Ⅳ曲线随磁场的变化研究
• 5.3.3 超导转变对正向开启电压的影响
• 5.3.4 正向开启电压的变化与超导能隙的关系
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 在读期间发表的学术论文
• 致谢