论文摘要
本篇硕士论文主要是基于重整化平均场的方法来研究三层Bi系铜氧化物高温超导体以及由金属和铜氧化物高温超导体所组成的强关联异质结构中的超导电性。强关联铜氧化物高温超导体的电子性质由t-J模型描述,而金属层则由无相互作用的紧束缚模型刻画。当引入层间单电子以及Cooper对的隧穿效应时,我们发现在关联异质结构中,欠掺杂铜氧化物高温超导体的赝能隙所对应的配对能量尺度将会通过近邻效应（proximity effect）直接反映在原本没有电子配对相互作用的金属层中,数值计算的结果进一步表明金属层中诱发的电子配对所产生的超导能隙在层间电子隧穿足够强时可以大于原本单层t-J模型中超导能隙的最大值。我们还计算了一些与实验紧密相关的物理量,包括谱函数和态密度,并讨论了所得结果与现有实验观测数据之间的关系。最近的ARPES实验发现在最佳掺杂的三层Bi系铜氧化物高温超导体中存在层间超导能隙与掺杂浓度的变化梯度,具体来说,对于最佳掺杂的Bi2Sr2Ca2Cu3O10+δ（Bi2223）铜氧化物高温超导体,其原胞内最外面两层过掺杂铜氧面上的超导能隙大于最佳掺杂的单层Bi2201所具有的超导能隙,而其中间一层欠掺杂铜氧面上的超导能隙则更大,约为单层体系能隙最大值的两倍。为了理解类似复杂的多层铜氧化物高温超导体的电子结构特性,我们在三层t-J模型的基础上引入了层间单电子以及局域Cooper对的隧穿效应,通过求解推广的多层t-J模型,我们发现层间有效Cooper对的隧穿效应能够显著地增强整个体系的超导配对强度,同时层间序参量相位之间的正负关联也将决定整个系统的超导电性是增强还是削弱。当逐渐增大层间电子的隧穿强度时,体系超导序的相对相位结构将发生一级相变。我们给出了三层t-J模型的超导相图,并进一步讨论了多层铜氧化物高温超导体中超导序和反铁磁序的共存与竞争。
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