電子型高溫超導(dǎo)體Nd-,2-x-Ce-,x-CuO-,4-單晶及有機導(dǎo)體(TMTSF)-,2-ClO-,4-熱電性質(zhì)的研究.pdf

1、過渡金屬化合物是凝聚態(tài)物理中的研究熱點之一，它包含了豐富而奇異的物理性質(zhì)，如銅氧化物的高溫超導(dǎo)電性，鈷氧化物的高效熱電效率等等。這些奇異的性質(zhì)激發(fā)了人們極大的興趣和研究熱情。到現(xiàn)在為止，還沒有成熟的理論能夠解釋這些奇異的性質(zhì)，因而對過渡金屬化合物的研究一直受到廣泛的關(guān)注。 在本論文中，我們對電子型高溫超導(dǎo)體Nd2-xCexCuO4單晶和有機超導(dǎo)體(TMTSF)2ClO4及Nd0.75Sr1.25CoO4薄膜熱電性質(zhì)(電阻率，熱電

2、勢，熱導(dǎo)率，比熱)進行了一系列的研究和探索。部分研究結(jié)果已在Phys． Rev．B，J．Phys．： Condens。Matter等雜志上發(fā)表，還有部分成果正在整理發(fā)表中。 第一章我們簡述了高溫超導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)及超導(dǎo)相圖，并綜述了銅氧化物高溫超導(dǎo)體的反常行為和這方面的實驗和理論研究進展。同時我們也簡單介紹了電阻率，熱電勢和熱導(dǎo)率的理論研究進展，討論了產(chǎn)生這些輸運現(xiàn)象的物理機制，為后續(xù)的研究打下基礎(chǔ)。而且還簡要介紹了熱電效率在實際

3、中的應(yīng)用。 第二章我們通過對高質(zhì)量單晶NCCO(x=0.14，0.15)樣品的電阻率、熱電勢及熱導(dǎo)的研究，發(fā)現(xiàn)x=0.14樣品的熱電勢在42 K以上均為負值，且在42K發(fā)生符號的轉(zhuǎn)變，而x=0.15樣品熱電勢在整個溫區(qū)都呈現(xiàn)正值，但是其高溫區(qū)的斜率卻呈現(xiàn)負值，我們用帶權(quán)重的雙載流子模型卻能很好的解釋其行為，表明電子型超導(dǎo)體中確實存在著兩種載流子共同起作用，接著我們?yōu)榱诉M一步證實雙載流子模型的可行性，對兩種樣品的電阻率進行了分析，

4、發(fā)現(xiàn)雙載流子也能很好的解釋其電阻率行為，從而為雙載流子模型在解釋電子型超導(dǎo)體的成功提供了強有力的證據(jù)。同時，本文還分析了Ce含量的增加對樣品熱導(dǎo)的性質(zhì)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著Ce的增加，高溫區(qū)載流子部分的熱導(dǎo)有了明顯的增加，但同時增加了低溫下的聲子散射。 第三章主要研究了NCCO(x=0.14)樣品在不同退火條件下ab面的電阻率和熱電勢。發(fā)現(xiàn)體系的電阻率和熱電勢都可以用雙能帶模型來解釋，即一個寬的電子帶和一個窄的空穴帶。經(jīng)過N2退火

5、處理并在達到最佳退火條件之前空穴部分顯著增加，然而在達到最佳退火之后電阻率和熱電勢都達到飽和，說明此時空穴部分和電子部分都不隨退火時間的變化而改變。這種現(xiàn)象意味著在電子型高溫超導(dǎo)體中當(dāng)樣品達到最佳退火條件之前，去氧退火效應(yīng)與Ce摻雜有類似的效應(yīng)。而且由我們的實驗數(shù)據(jù)處理結(jié)果可以看出，電子型高溫超導(dǎo)體中超導(dǎo)電性可能主要來自于空穴部分。 第四章主要闡述了在不同摻雜濃度下的Nd1.85-xMxCe0.15CuO4±δ(M=Gd和Sm)

6、單晶樣品的熱電勢、霍爾效應(yīng)和電阻率的實驗結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在120 K以上，所有的熱電勢數(shù)據(jù)都可以用一個含有三個參數(shù)的半經(jīng)驗的公式來很好的解釋。對于摻Gd和Sm的兩個體系，電子態(tài)密度WD隨摻雜濃度的依賴關(guān)系和有效電導(dǎo)的能帶寬斷wσ均隨著摻雜濃度的增加而增大，而窄帶的電子填充率F(x)卻是降低的。對于Gd摻雜的體系，衡量局域化強度的參量wσ/wD是減小的，而對于摻Sm體系，卻幾乎是個常數(shù)，再加上Gd摻雜樣品電阻率的快速增大，這些現(xiàn)象表明Gd摻雜體

7、系中局域化主要來自于電子的無序。對Sm摻雜體系，實驗結(jié)果表明體系中存在著由于離子半徑差別而導(dǎo)致的弱的無序效應(yīng)。而且對于Gd摻雜，體系的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc被強烈的壓制，而摻Sm的Tc基本保持不變，表明超導(dǎo)電性可能與載流子局域化和巡游電子的能帶結(jié)構(gòu)有關(guān)。 第五章我們主要研究采用不同的降溫速率通過陰離子有序-無序相變溫區(qū)的情況下，研究(TMTSF)2ClO4樣品的熱電勢、比熱會有什么樣的變化。我們發(fā)現(xiàn)在低溫區(qū)體系的熱電勢和比熱數(shù)據(jù)都可以

8、用窄能帶模型很好的給予解釋。同時也第一次觀察到了低溫下體系維度的渡越及陰離子熔解溫度的起始點是隨著降溫速率的變化而改變的問題。通過對數(shù)據(jù)的分析討論本章給出了很好的解釋，這也解答了許多目前物理學(xué)術(shù)上存在爭議的問題。 第六章為了研究鈷氧化合物的輸運機制，我們分別在LAO和LSAO不同稱底上制備了Nd0.75Sr1.25CoO4單晶薄膜，并測量了樣品的電阻率和熱電勢，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩個樣品的熱電勢數(shù)據(jù)在整個測量溫區(qū)都顯示為正值，表明體系主要

9、是空穴型載流子起作用。而且我們在電阻率微分曲線和熱電勢數(shù)據(jù)中同時觀察到在218 K處存在一個反常的峰值，我們說這是由于體系在此溫度附近經(jīng)歷了從順磁到鐵磁的磁相變。最后經(jīng)過對電阻率、熱電勢數(shù)據(jù)的處理、擬合，發(fā)現(xiàn)從熱電勢數(shù)據(jù)擬合所得到的激活能比從電阻率中得到的激活能要小的多，證明兩個樣品中都存在小激化子輸運機制。而且，激活能Ep在中間溫區(qū)比在低溫區(qū)要大，而激活能Es在這兩個溫區(qū)都保持不變，表明體系中在中間溫區(qū)激化子產(chǎn)生所需要的能量比在低溫區(qū)