电子掺杂的钴氧化物超导材料正常态反常物理性质和超导机理的研究

论文摘要

自从钴氧化物NaxCoO2·yH2O超导电性发现以来，在实验和理论方面都引起人们的极大兴趣。这主要基于两方面的原因：一方面，钴氧化物超导材料可能与铜氧化物高温超导体一样，属于掺杂的Mott绝缘体。人们普遍相信，对钴氧化物超导材料的研究有利于阐明铜氧化物高温超导电性机理。另一方面，与铜氧化物高温超导体具有的四方晶格结构不同的是，钴氧化物超导体是电子掺杂的三角晶格反铁磁体，因此，三角晶格结构自身固有的强磁阻挫效应，使得钴氧化物超导体具有更多新颖的量子态。本文在t-J模型和charge-spin separation fermion-spin理论的框架下，对钴氧化物超导材料正常态反常的电荷动力学、热输运、自旋动力学和超导机理进行了较为系统的研究。 我们首先在第二章简单介绍了可以用来描述二维强关联电子系统基本低能物理过程的t-J模型，并介绍了可以较好地处理体现电子强关联特征的电子局域约束条件的charge-spin separation fermion-spin理论，为了应用t-J模型和charge-spin separation fermion-spin理论来研究电子掺杂的钴氧化物超导材料，我们引入了一个重要的粒子-空穴变换。 应用charge-spin separation fermion-spin理论我们在第三章里讨论了钴氧化物超导材料正常态反常的输运性质，包括电荷输运和热输运。对于电荷输运，我们发现系统的光电导率在低频端形成一个峰，在较高能量处形成异常的中红外带；由于动能（δt）和磁能（J）之间的竞争，材料的电阻率表现出高温时的金属行为到低温时的绝缘体行为的转变，我们的结果与实验结果定性相符。我们的结果还说明了电子掺杂钴氧化物材料的光电导率和相关电荷输运性质主要是由dressed charge carrier散射决定的。对于热输运性质：能量依赖的热导率κ（ω）显示出一个位于有限能量处的低能峰；温度依赖的热导率κ（T）在低温区T＜0.1J随温度单调增加，在温度大于0.1J时，κ（T）随着温度的增加而降低，与实验结果定性一致。我们的结果还表明虽然dressed charge carrier部分和spin部分都对热导率有贡献，但是来自spin部分的贡献决定了电子掺杂钴氧化物材料的热输运性质。 在第四章里我们应用charge-spin separation fermion-spin理论讨论了钴氧化物超导材料正常态反常的自旋动力学。我们发现尽管dressed charge carrier和spin部分都对

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 序言
• 第二章 t-J模型与charge-spin separation fermion-spin理论
• 2.1 t-J模型
• 2.2 charge-spin separation fermion-spin理论
• 2.3 particle-hole变换
• 2.4 钴氧化物材料t-J模型的charge-spin separation fermion-spin平均场理论
• 2.5 本章小结
• 第三章 钴氧化物材料正常态反常的输运性质
• 3.1 钴氧化物材料的电荷动力学
• 3.1.1 引言
• 3.1.2 理论推导
• 3.1.3 结果和讨论
• 3.1.4 小结
• 3.2 钴氧化物材料的热输运性质
• 3.2.1 引言
• 3.2.2 理论推导
• 3.2.3 结果和讨论
• 3.2.4 小结
• 3.3 本章小结
• 第四章 钴氧化物材料正常态反常的自旋动力学
• 4.1 引言
• 4.2 理论推导
• 4.3 结果和讨论
• 4.4 本章小结
• 第五章 钴氧化物材料中动能驱动的超导电性
• 5.1 引言
• 5.2 理论推导
• 5.3 结果和讨论
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 论文发表和会议报告
• 致谢