Pr1-ySryFe1-xCoxAsO和SrTiO3超导体的输运性质测量

论文摘要

铁基超导体自2008年被发现以来,引起世界范围内的广泛关注,铁基超导体的研究十分火热。目前铁基超导体可以分为以下几个主要类型：1111相、122相、111相、11相等。在本论文中,我首先介绍以PrFeAsO为母体的1111相铁基超导体的研究。元素替代通过引入载流子可以使母体变成超导体。在PrFeAsO中,部分Sr替代Pr可以引入空穴使之产生超导,此时最佳超导临界温度Tc=14K；而Co掺杂Fe位引入电子也可以使其变成超导体,Tc=16K。在Sr和Co共同掺杂的PrFeAsO中会发生电子-空穴载流子的补偿效应。Co掺杂入Pr0.8Sr0.2FeAsO样品中补偿了部分空穴型载流子,Tc首先降低；随着Co含量的提高,电子型载流子占据主导,Tc重新升高。该样品Tc的演变过程随Co含量的变化十分有规律,而且其电子型部分的超导相图与PrFe1-xCoxAsO的相图十分相似。所以在Pr0.8Sr0.2FeAsO中,超导对杂质掺杂并不敏感,决定其超导临界温度Tc的是载流子浓度。Pr0.8Sr0.2FeAsO的Tc并未因非磁性杂质Zn的掺杂而显著降低,暗示此超导体的超导配位对称可能各向同性,其超导能隙不存在节点。空穴掺杂的1111相铁基超导体的电阻率在高温区域通常会出现鼓包状结构,来源并不十分清楚。在LaFe1-xZnxAsO中,电阻率上的结构／反铁磁相变异常随着Zn的掺杂明显被压制,与之相反,在Pr0.8Sr0.2Fe1-xZnxAsO中,鼓包结构并未随Zn的掺杂被抑制。结合磁阻、霍尔系数、比热、磁化率的测量,我们提出该鼓包结构并非来自剩余Fe的反铁磁序,而与1111相超导体的多带电子结构有关,例如电子和空穴的迁移率随温度的变化行为不同。本论文第二部分介绍对氧化物超导体SrTiO3的输运性质研究。SrTiO3作为绝缘体,能带间隙为3.2eV。微量电子掺杂可以使SrTiO3发生绝缘体-金属转变并进一步变成超导体。作为第一个被发现的氧化物超导体,SrTiO3的Tc小于1K。我们进一步研究Nb掺杂或氧空位的SrTiO3的输运性质,发现了载流子浓度最低的超导体,Tc为87mK,载流子浓度仅5.5×1017Cm-3,此载流子浓度比以前报道的SrTiO3超导体要低1个量级。结合能斯特量子振荡测量,该SrTiO3超导体仅有单一的,微小的且近似各向同性的费米面,费米能仅1.1meV,比能带间隙小3个量级。在如此简单的体系中出现超导现象给传统超导理论带来了极大的挑战。能斯特量子振荡数据还给出了SrTiO3费米面随载流子浓度的演变关系。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论-超导研究的新进展
• 1.1 铜氧化物超导体
• 1.2 铁基超导体
• 1.2.1 铁基超导体的晶体结构、磁结构及超导临界温度Tc
• 1.2.2 铁基超导体的超导序参量
• 3超导体'>1.3 低载流子浓度的SrTiO₃超导体
• 3的电子结构'>1.3.1 SrTiO₃的电子结构
• 3的超导理论'>1.3.2 SrTiO₃的超导理论
• 3的量子振荡'>1.3.3 SrTiO₃的量子振荡
• 3的界面超导体'>1.3.4 SrTiO₃的界面超导体
• 1.4 其他非常规超导体
• 1.5 本文内容简介
• 第二章 热电输运实验方法介绍
• 2.1 电阻率和霍尔效应的测量
• 2.2 热电势和能斯特效应的测量
• 2.3 朗道能级的量子振荡
• 第三章 Sr和Co共同掺杂的PrFeAsO系统
• 3.1 样品的制备和测量
• 1-xCo_xAsO系统'>3.2 Co掺杂的PrFe_1-xCo_xAsO系统
• 1-ySr_yFe_1-xCo_xAsO系统'>3.3 Sr和Co共同掺杂的Pr_1-ySr_yFe_1-xCo_xAsO系统
• 3.4 小结
• 第四章 Sr和Zn共同掺杂的PrFeAsO系统
• 4.1 引言
• 0.8Sr_0.2Fe_1-xZn_xAsO体系的输运性质'>4.2 Pr_0.8Sr_0.2Fe_1-xZn_xAsO体系的输运性质
• 4.3 小结
• 3单晶的电子结构及超导性质'>第五章 SrTiO₃单晶的电子结构及超导性质
• 5.1 引言
• 3体系的特点'>5.2 SrTiO₃体系的特点
• 3单晶的测量与数据处理'>5.3 SrTiO₃单晶的测量与数据处理
• 3n=3.47×10²⁰cm^-3'>5.3.1 Nb：SrTiO₃n=3.47×10²⁰cm^-3
• 3n=1.6×10²⁰cm^-3'>5.3.2 Nb：SrTiO₃n=1.6×10²⁰cm^-3
• 3n=3.18×10¹⁹cm^-3'>5.3.3 Nb：SrTiO₃n=3.18×10¹⁹cm^-3
• 3n=1.6×10¹⁹cm^-3'>5.3.4 Nb：SrTiO₃n=1.6×10¹⁹cm^-3
• 3-δ n=4.11 ×10¹⁸cm^-3'>5.3.5 SrTiO_3-δ n=4.11 ×10¹⁸cm^-3
• 3n=1.06×10¹⁸cm^-3'>5.3.6 Nb：SrTiO₃n=1.06×10¹⁸cm^-3
• 3-δn=5.5×10¹⁷cm^-3'>5.3.7 SrTiO_3-δn=5.5×10¹⁷cm^-3
• 3样品的电阻率及Shubnicov de Haas效应'>5.3.8 部分SrTiO₃样品的电阻率及Shubnicov de Haas效应
• 5.4 数据的分析与总结
• 3的能带结构'>5.4.1 SrTiO₃的能带结构
• 3的超导机制'>5.4.2 SrTiO₃的超导机制
• 5.4.3 小结
• 参考文献
• 攻博期间主要研究成果
• 简历
• 致谢