高温超导异质结中的自旋注入效应及磁通动力学研究

摘要

近年来，高温超导异质结，特别是高温超导与强关联体系组成的异质结的研究引起了人们的广泛关注，因为在这些异质结构中，由于不同类型的有序态之间（如超导电性、铁磁性、铁电性）的共存与竞争，会使得体系表现出一系列丰富而又新奇的物理现象。研究高温超导异质结，不仅可以基于其实现高温超导自旋电子器件的实际应用，还有助于人们深入理解高温超导这一强关联体系中所蕴含的丰富的物理内涵。
　　在本论文中，我们主要研究了高温超导/锰氧化物异质结中不同极化取向的自旋注入效应对高温超导层的超导电性、钉扎机制、磁通相变等的影响。另外，我们对基于高温超导的肖特基结的整流特性也进行了相关研究。本论文的内容共包含五章，各章的内容概括如下:
　　第一章内容主要是介绍了高温超导体的超导电性及磁通动力学，着重介绍了高温超导体系中的不同钉扎机制及磁通相变，结合高温超导异质结，特别是自旋注入效应的研究进展，讨论了自旋注入效应对超导电性及钉扎特性的影响。最后还介绍了高温超导基肖特基结中的研究进展。
　　第二章主要是制备了La0.7Sr0.3MnO3/La1.85Sr0.15CuO4高温超导/锰氧化物异质结，并通过电极构型的设计在同一个样品上实现了自旋注入的调控。利用这种特殊的电极构型，研究了不同极化取向的自旋注入对超导电性的影响，发现了在注入准粒子的自旋取向沿着CuO面时对超导电性的抑制作用最大。揭示了不同极化取向的准粒子与高温超导铜氧化物中局域的面内反铁磁涨落的不同相互作用。
　　第三章研究了La0.7Sr0.3MnO3/La1.85Sr0.15CuO4异质结中的钉扎机制，基于各向异性有效质量G-L模型对不同磁场方向下的临界电流密度的拟合，发现了在H//c附近随机分布缺陷钉扎的贡献使得Jc（θ)变化趋势可用G-L拟合，而在H//ab本征钉扎的贡献却使得Jc偏离G-L拟合;而对于随机分布缺陷引入的钉扎，我们发现超导序参量涨落（δTc钉扎）及平均自由程的改变（δl钉扎）这两种钉扎机制在异质结中共存，并且在自旋注入的情况下由于拆对作用的存在使得δTc钉扎更占主导作用。
　　第四章主要是在不同注入的电极构型下利用I-V曲线标度的方法研究了La0.7Sr0.3MnO3/La1.85Sr0.15CuO4异质结中的涡旋玻璃相变及磁通相图。通过不同维度的涡旋玻璃标度理论，我们发现体系中的涡旋玻璃态表现出三维的特性，特别是在自旋注入的情况下，这可能是由于不同极化取向的自旋与LSCO反铁磁涨落之间的不同相互作用使得体系的各向异性明显降低;基于标度得到的涡旋玻璃转变场与输运测量得到的上临界场，我们构造了体系的磁通相图，发现自旋注入效应使得相图中的相变线明显地向低温低场方向移动，并且在H//ab面时对涡旋玻璃转变场的抑制更为明显。
　　第五章研究了高温超导与铌掺杂钛酸锶衬底组成的YBa2Cu3O7-δ/Nb: SrTiO3异质结的整流特性，通过不同温度下的I-V曲线中得到了开启电压随温度的变化，发现在超导转变温度下开启电压存在明显的偏离正常态时的变化规律，基于开启电压的相对变化，获得了超导能隙的值。另外，我们还通过不同磁场取向下的I-V曲线得到了超导能隙的各向异性，发现基于能隙值获得的体系各向异性与同一个样品上输运方法得到的上临界场各向异性非常接近，确认了利用高温超导肖特基结探测能隙的可行性。

目录

声明

摘要

第一章 高温超导异质结及磁通动力学研究进展

1．1 引言

1．2 高温超导铜氧化物材料概述

1．2．1 铜氧化物晶体结构

1．2．2 铜氧化物的电子相图

1．2．3 高温超导中的配对机制

1．2．4 铜氧化物的各向异性

1．3 高温超导材料中的磁通动力学

1．3．1 高温超导薄膜中的钉扎各向异性

1．3．2 随机分布的无序缺陷中的钉扎机制

1．3．3 磁通相变及磁通相图

1．4 高温超导／铁磁异质结研究进展

1．4．1 锰氧化物的晶体结构与电子相图

1．4．2 锰氧化物自旋极化率

1．4．3 锰氧化物磁各向异性

1．4．4 高温超导铜氧化物／庞磁阻锰氧化物异质结的结构基础

1．4．5 高温超导／锰氧化物异质结中的近邻效应

1．4．6 高温超导／锰氧化物异质结界面杂散场效应

1．4．7 高温超导／锰氧化物异质结中的自旋注入效应

1．4．8 异质结中的钉扎行为

1．5 高温超导／半导体异质结

1．6 本章小结

参考文献

第二章 自旋注入对La0．7Sr0．3MnO3／La1．85Sr0．15CuO4异质结超导电性的影响

2．1 引言

2．2 样品制备与测量

2．2．1 磁控溅射镀膜工艺的探索

2．2．2 LSMO／LSCO异质结的制备及结构分析

2．2．3 样品电极制作及输运和磁性测量方法

2．3 实验结果与讨论

2．3．1 LSMO／LSCO异质结的超导转变温度

2．3．2 不同极化取向的自旋注入对超导电性的影响

2．4 本章小结

参考文献

第三章 自旋注入对La1．85Sr0．5CuO4薄膜临界电流密度的影响

3．1 引言

3．2 样品的处理及实验方法

3．3 实验结果及讨论

3．3．1 LSMO／LSCO异质结的I-V特性及临界电流密度

3．3．2 LSMO／LSCO异质结中的钉扎机制

3．3．3 不同极化取向的自旋注入对钉扎特性的影响

3．4 本章小结

参考文献

第四章 LSMO／LSCO异质结中的涡旋玻璃转变及磁通相图

4．1 引言

4．2 实验方法描述

4．3 结果与讨论

4．3．1 LSMO／LSCO异质结的I-V特性与涡旋玻璃转变温度

4．3．2 自旋注入对I-V标度行为的影响

4．3．3 LSMO／LSCO异质结的混合态磁通相图

4．4 本章小结

参考文献

第五章 YBa2Cu3O7-δ／Nb：SrTiO3异质结中的整流特性研究

5．1 引言

5．2 样品制备及实验方法介绍

5．2．1 脉冲激光沉积技术工艺探索

5．2．2 YBCO／NSTO异质结电极制备

5．3 实验结果与分析

5．3．1 YBCO薄膜的超导电性及各向异性

5．3．2 YBCO／NSTO异质结的I-V特性

5．4 本章小结

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文

致谢