自旋轨道耦合莫特绝缘体Sr2IrO4深浓度Sr缺位掺杂的结构与物性研究

摘要

自从超导电性被发现以来，超导体由于其零电阻特性、抗磁性和约瑟夫森效应而被广泛应用于电力传输、电子通信和强磁场等领域。目前实用化高温超导体大多需要工作在液氮温度的低温环境，从而限制其广泛应用。为了推动超导材料的广泛应用，需要寻找具有更高临界温度的超导体。理论研究表明强自旋轨道耦合铱氧化物通过载流子掺杂可能实现非常规超导电性，且具有比铜氧化物超导体更高的临界温度。因此，本文通过深浓度Sr缺位的手段在Sr2IrO4中实现载流子掺杂，研究其在结构和物理特性随掺杂浓度的变化，为在该材料体系中探索超导电性提供科学依据。
　　本论文采用传统固相反应法制备了Sr2-xIrO4（x≤0.50）系列多晶样品，并采用X射线衍射（XRD）、X射线能谱分析（EDS）、Rietveld结构精修及拉曼光谱等常见的材料表征方法对系列样品进行表征。XRD和EDS数据表明制备的Sr缺位系列样品具有结晶度高、元素占比准确等特征。Rietveld结构精修和拉曼光谱研究表明随着Sr缺位浓度的增加，相关结构参数发生变化，在深浓度掺杂下IrO6八面体畸变程度明显减弱，且在x=0.48掺杂样品中晶格常量和Ir-O2键角都发生了突变，表明样品晶体结构发生明显改变。
　　在物理特性方面，本论文重点研究了Sr2-xIrO4（x=0.20-0.50）系列样品的电输运性质随Sr缺位浓度的演变。研究表明，随着Sr缺位浓度的不断增加，电阻逐渐减小，在Sr1.5IrO4的样品中出现了绝缘金属转变，且具有非费米液体行为。利用现有理论分析了绝缘态样品的电导机制，低温下的导电行为表现为三维变程跳跃；中间温区的导电行为符合定程跳跃模型；高温区的导电行为具有二维弱定域化特征。此外还研究了 Sr2-xIrO4系列样品的磁学性质随空穴掺杂浓度的演变。随着Sr缺位浓度增加，反铁磁转变温度逐渐下降，居里温度也在0.5掺杂样品中出现反转，并伴随绝缘金属转变，这些物性的改变都与晶体结构中旋转扭曲减弱相吻合。上述结果表明深浓度Sr缺位掺杂使样品发生了倾斜反铁磁绝缘到顺磁金属态的转变。

目录

声明

第一章 绪论

1.1自旋轨道耦合化合物概述

1.2 Sr2IrO4概述

1.3 Sr2IrO4掺杂实现的绝缘金属转变

1.4本论文的研究内容

第二章 Sr2-xIrO4样品的制备与表征

2.1 Sr2-xIrO4样品的制备

2.2 样品表征方法介绍

2.3本章小结

第三章 Sr2-xIrO4样品的晶体结构表征

3.1 XRD表征分析

3.2 EDS能谱分析

3.3 Rietveld精修

3.4拉曼光谱分析

3.5本章小结

第四章 Sr2-xIrO4样品的物理特性研究

4.1 Sr2-xIrO4样品的电输运性质研究

4.2 Sr2-xIrO4样品的磁学性质研究

4.3本章小结

第五章 总结与展望

5.1本文总结

5.2未来展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢