LaCuO型超导体中的电荷有序及其超声衰减特性研究

摘要

高温超导体中的电荷条纹相是当前凝聚态领域的研究热点之一。所谓电荷条纹相，是指在CuO2平面内，电荷和自旋自发聚集形成的一维周期性调制结构，其中电荷条纹作为自旋反相畴壁存在。大量的实验证据表明在铜氧化物高温超导体中，电荷条纹相对高温超导电性和正常态性质都起着至关重要的作用。 在本论文中，我们以输运行为和超声衰减特性为主要手段研究了La系超导体中电荷条纹与结构之间的相互作用以及磁场对电荷条纹的影响，并进一步分析讨论了电荷条纹与超导电性之间的关系。此外，我们还研究了新型钴氧化物超导体的母体NaxCoO2体系的Raman散射光谱，澄清了国际上对该体系Raman峰的错误指认。论文内容共分为五章，各章的主要内容分别概括如下： 第一章综述了有关高温超导体中电荷条纹相的研究进展，包括条纹物理图像的简单介绍、条纹与结构之间的关系、高温超导体中电荷一维输运的实验证据等。通过对各种实验手段研究条纹结果的分析，阐述条纹在高温超导电性中所扮演的角色。最后给出了当前研究中存在的一些问题。 第二章我们研究了La1.88-yNdySr0.12CuO4体系的结构、输运行为以及超声衰减特性。室温下的X射线衍射表明Nd掺杂能够驱动CuO6八面体的旋转。La1.48Nd0.4Sr0.12CuO4的变温X射线衍射证明在70K附近发生低温正交-低温四方的结构转变。样品的电阻率在LTO-LTT结构转变处出现小的跳跃，在LTO相可以很好的用一维输运模型进行描述，而在LTT相则表现为log(1/T)行为。超声声速在LTO-LTT结构转变温度处的异常硬化和伴随的能量损耗峰给出了静态电荷条纹随Nd掺杂的演化规律。更为重要的结果是，在100K附近我们观察到由于动态电荷条纹与掺杂引起的晶格畸变之间弛豫性相互作用而导致的能量损耗峰。超声变频测量的结果表明动态条纹越过钉扎中心的激活能E/kB约为1800K。 第三章研究了La1.88Sr0.12-xBaxCuO4体系的超导电性和超声衰减特性，并讨论了超导电性与电荷条纹之间的关系。根据超声声速在低温下的硬化以及伴随的衰减峰随Ba含量x的演化，我们证明了在Ba含量x≤0.04的样品中存在着局域的静态电荷条纹，随着Ba含量的增加，静态电荷条纹由局域向长程有序渡越。在没有掺杂等因素对低温四方结构的稳定作用时，超导电性占主导地位，体系中只有局域的电荷条纹存在。通过Ba掺杂稳定低温四方结构，电荷条纹变得稳定而超导电性被压制。 第四章系统的研究了磁场对La214体系中电荷条纹的影响。我们发现对于非超导的La2-xSrxCuO4(x=0.03，0.04)、已经建立长程电荷有序的La1.48Nd0.4Sr0.12CuO4、以及Ba含量x＞0.06的La1.88Sr0.12-xBaxCuO4，磁场对其中低温下电荷条纹相关的超声声速和衰减异常均没有影响。而对于超导电性占主导地位，没有建立起长程电荷有序的La1.88Sr0.12-xBaxCuO4(x≤006)样品，磁场能够使其中的低温四方结构不稳定性增强。我们的结果表明磁场对电荷条纹本身没有影响。在超导电性占主导地位的样品中，外加磁场能够加强电荷有序，其根源在于超导与条纹序之间的竞争。磁场下La1.88Sr0.12-xBaxCuO4(x≤0.06)样品电阻曲线上超导转变随磁场增加表现出由扇形展宽向平移行为的渡越，也证明了超导电性被压制后静态条纹序的增强。 第五章我们研究了NaxCoO2的Raman谱并指认了各个Raman峰所对应的声子模。我们发现对于Na0.7CoO2，在室温下只出现对应氧原子振动的A1g，E1g和E2gRaman散射峰，而对应Na离子在面内xy方向振动的E2g声子模式在室温下由于Na的不均匀分布和高的迁移性而缺失。进一步的研究发现缺失的Na的E2gRaman峰在x=0.5的样品中在室温下出现，在x=0.7的样品中在低温下出现。Na的E2gRaman峰的出现可以作为体系中Na离子有序的证据。

目录

文摘

英文文摘

致谢

第一章高温超导体中的电荷条纹序

第二章La1.88-yNdySr0.12CuO4的结构相变及输运和超声衰减特性

第三章La1.88Sr0.12-xBaxCuO4的超声衰减特性与局域电荷有序

第四章磁场对电荷条纹的影响

第五章NaxCoO2的Raman光谱研究

攻读博士学位期间发表论文