条纹相镍氧化物材料的无序效应研究

摘要

最近几年，大量的实验结果以及理论研究表明，钙钛矿结构的强关联过渡金属氧化物的基态并不是空间均匀的。比如说在铜氧化物超导体和绝缘的镍氧化物中观察到的自发出现的条纹状有序结构，这主要是由于自旋、电荷和晶格自由度之间的相互作用造成的。而且，大量的结果表明条纹相本身对于理解铜氧化物中的高温超导电性至关重要。在本文中，我们主要研究了条纹有序材料La5/3Sr1/3NiO4的不同无序效应，同时仔细研究了样品的结构、输运行为和磁性质等相关信息。另外我们也详细对比了不同无序对样品物性的影响，并取得了一些有意义的结果。详细的结果及讨论如下：
　　 第一章中，我们首先简单的综述了最近关于铜氧化物超导体中条纹相的研究进展，特别是条纹结构与超导电性的关系。然后，我们详细的介绍了层状镍氧化物中的倾斜条纹有序结构，列举了大量的已经获得的实验结果，另外，还介绍并讨论了一些到目前为止还不清楚的实验现象。
　　 第二章中，我们使用溶胶=凝胶方法合成了纳米尺寸的颗粒并且研究了不同颗粒尺寸样品的结构、输运以及磁行为。结果发现，与块材样品相比，小颗粒样品中的长程电荷有序被明显地抑制；同时，伴随着反铁磁自旋有序结构的消失，在大约23 K附近，出现了一个铁磁型的转变。红外透射光谱的实验结果表明，这个新增的铁磁相是由于颗粒表面的结构畸变所引起的。此外，对于尺寸大约为100nm的样品，其自旋玻璃/自旋重定向转变温度TCA约为65 K，这要比块材样品高出约12 K。这个结果表明，低温的这一复杂的磁结构转变与样品中的稳定的电荷有序结构关系不大，相反，样品的结构无序和畸变将对镍氧化物中的条纹结构有着十分明显的影响。
　　 第三章中，我们研究了一系列的A位离子无序的条纹相样品Ln5/3M1/3NiO4(Ln=La，Nd；M=Ca，Sr，Ba)。结果表明，随着无序度的增加，电荷有序转变温度在逐渐的减小。但是与之相反的是，一个增强的反铁磁自旋有序相关的小圆丘却随着无序度的增加而越来越明显。这一结果同时暗示，对于A位无序的铜氧化物超导体来说，A位无序所诱导的超导抑制与赝能隙增强可能与之有关。另外，我们还观察到并区分了两个不同的磁转变温度，这两个温度对于无序的依赖关系有明显的区别。我们在A位无序的样品中也观察到了低温类自旋玻璃的转变温度随无序度的增加而增加，这一结果再次证实了无序对于低温非平衡磁行为有着决定性的影响。同时，我们在这一系列样品中也观察到了非线性的Ⅰ-Ⅴ导电性为，但是随后的研究表明，这一反常的输运行为并不是所谓的电致电阻效应，而是由于样品在电场下产生的焦耳热所引起的。这表明，我们的A位无序的镍氧化物中的电荷有序结构是十分稳定的。
　　 第四章中，我们详细的对比了样品尺寸无序及离子掺杂无序对于条纹有序相的影响，我们发现，不同的无序对电荷有序结构的影响并不相同。通过Raman谱与比热的研究，我们证实，尽管输运测量上观察不到与长程电荷有序有关的转变，但是在纳米颗粒La5/3Sr1/3NiO4中，仍然有明显的短程电荷有序结构。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

第一章 引言

§1.1铜氧化物高温超导体

§1.1.1高温超导体结构及相图

§1.1.2赝能隙

§1.1.3条纹相的基本概念

§1.1.4条纹相与晶体结构的关系

§1.1.5条纹相与超导电性的关系

§1.1.6探测条纹相的实验手段

§1.1.7相分离与阳离子无序效应

§1.2镍氧化物材料中条纹相的研究进展

§1.2.1条纹相镍氧化物的晶体结构与基本物性

§1.2.2条纹相镍氧化物的公度调制性

§1.2.3镍氧化物中条纹相的实验证据

§1.2.4条纹相镍氧化物中一些新的实验现象

§1.3强关联体系中的相分离问题

参考文献

第二章 条纹相La5/3Srl，3Ni04纳米颗粒的制备、表征及物性研究

§2.1引言

§2.2实验细节

§2.3实验结果及讨论

§2.4本章小结

参考文献

第三章 条纹相La5，3Sr1/3Ni04的阳离子掺杂无序效应研究

§3.1引言

§3.2实验细节

§3.3实验结果及讨论

§3.4本章小结

参考文献

第四章 条纹相La5/3Sr1/3NiO4中的无序效应与短程电荷有序结构

§4.1引言

§4.2实验细节

§4.3实验结果及讨论

§4.4本章小结

参考文献

攻读博士学位期间发表论文目录