電子型高溫超導(dǎo)體Nd-,2-x-Ce-,x-CuO-,4-單晶及熱電材料Bi-,2-x-Pb-,x-Sr-,2-Co-,2-O-,y-和Bi-,x-TiS-,2-多晶的熱電性質(zhì)研究.pdf

1、過(guò)渡金屬化合物是凝聚態(tài)物理中的研究熱點(diǎn)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(méi)有成熟的理論能夠解釋這些奇異的性質(zhì)，因而對(duì)過(guò)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(duì)電子型超導(dǎo)體Nd<,2-x>Ce<,x>CuO<,4>單晶和高效熱電材料Bi<,2-x>Pb<,x>Sr<,2>Co<,2>O<,y>及Bi

2、<,x>TiS<,2>多晶的熱電性質(zhì)(電阻率，熱電勢(shì)，熱導(dǎo)率)進(jìn)行了一系列的研究和探索。部分研究結(jié)果己在Phys．Lett．A，低溫物理學(xué)報(bào)上發(fā)表，還有部分成果正在整理發(fā)表中。 本論文分為以下六章： 第一章熱電效應(yīng)及高溫超導(dǎo)體綜述在本章中，我們首先在第一部分中簡(jiǎn)述了電阻率，熱電勢(shì)和熱導(dǎo)率的理論研究進(jìn)展，討論了產(chǎn)生這些輸運(yùn)現(xiàn)象的物理機(jī)制，為后續(xù)的研究打下基礎(chǔ)。同時(shí)還簡(jiǎn)要介紹了熱電效率在實(shí)際中的應(yīng)用。在第二部分中，我們簡(jiǎn)述了

3、高溫超導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)和相圖，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(shí)驗(yàn)和理論研究進(jìn)展。 第二章快速測(cè)量熱電勢(shì)的新方法本章中首先簡(jiǎn)要介紹了傳統(tǒng)的測(cè)量熱電勢(shì)和熱導(dǎo)率的穩(wěn)態(tài)法。為了提高熱電勢(shì)的測(cè)量速度，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種新型的測(cè)量方法一鋸齒波法，可以在不降低精度的情況下大幅度提高測(cè)量速度，測(cè)量時(shí)間減小到傳統(tǒng)方法的1/5。 第三章電子型超導(dǎo)體Nd<,1.85>Ce<,0.15>CuO<,4>的低溫物性研究本章中對(duì)Nd<,1.85

4、>Ce<,0.15>CUO<,4>的輸運(yùn)性質(zhì)及不同退火條件的影響進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。Nd<,1.85>Ce<,0.15>CUO<,4>單晶的輸運(yùn)性質(zhì)，如各向異性電阻率，面內(nèi)熱電勢(shì)和熱導(dǎo)率等，都可以很好地在兩能帶模型(空穴的窄能帶和電子的寬能帶)下解釋。超導(dǎo)起始溫度和載流子密度關(guān)系不大，而只由Ce摻雜量決定。900℃氮?dú)馔嘶鸬闹饕Ч侨コ诉^(guò)量的氧，這時(shí)費(fèi)米能增大，電子型寬能帶的結(jié)構(gòu)基本不變，而空穴型窄能帶變得更窄，而且中心值的能量變大。

5、而1080℃氮?dú)馔嘶鹨鸬姆纸?，使費(fèi)米能降低，空穴型窄能帶中心值的能量也變小。過(guò)量氧的去除增強(qiáng)了體系的各向異性：而分解減弱了體系的各向異性。 第四章Nd<,2>CuO<,4>單晶及其摻Zn樣品的輸運(yùn)性質(zhì)研究本章中研究了Nd<,2>Cu<,1-x>Zn<,x>O<,4>(x=0，0.01)單晶樣品退火前后ab面內(nèi)的電阻和熱電勢(shì)。所有樣品的熱電勢(shì)和電阻都在高溫區(qū)(>75K)滿足半導(dǎo)體行為，而在中間溫區(qū)(35 K～75 K)，都滿足變

6、程跳躍行為，這表明Nd<,2>Cu<,1-x>Zn<,x>O<,4>是存在無(wú)序的Mott絕緣體。在高溫區(qū)，熱電勢(shì)得到的能隙要比電阻中的小得多，這表明體系中存在極化子。體系磁結(jié)構(gòu)的變化會(huì)顯著影響熱電勢(shì)的行為，對(duì)電阻行為也有影響。在235K附近，反鐵磁轉(zhuǎn)變使熱電勢(shì)行為表現(xiàn)出熱回滯現(xiàn)象。而在75K附近的磁結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，使電阻和熱電勢(shì)從半導(dǎo)體行為轉(zhuǎn)變成變程跳躍行為。35K的磁轉(zhuǎn)變發(fā)生后，熱電勢(shì)也發(fā)生了變化。退火前樣品的熱電勢(shì)逐漸飽和，而退火后樣品的

7、熱電勢(shì)快速地增大。氮?dú)馔嘶饘?duì)35K以下的熱電勢(shì)行為有顯著的影響，其內(nèi)涵的物理性質(zhì)還需要深入的研究。 第五章Bi<,2-x>Pb<,x>Sr<,2>Co<,2>O<,y>多晶樣品的熱電性質(zhì)研究本章中研究了不同Pb摻雜的Bi<,2-x>Pb<,x>Sr<,2>Co<,2>O<,y>多晶樣品的電阻率和熱電勢(shì)行為。高溫區(qū)熱電勢(shì)的常數(shù)行為以及金屬型的電阻率表明體系中導(dǎo)電的能帶很窄。體系中，無(wú)序?qū)е铝薃nderson局域化。在中間溫區(qū)電阻

8、率表現(xiàn)出熱激活行為，而在熱電勢(shì)上沒(méi)有觀察到明顯的變化。在更低的溫區(qū)，所有熱激活出的電子和空穴都處于定域態(tài)，電阻率和熱電勢(shì)都表現(xiàn)為變程跳躍行為。重金屬元素Pb的摻雜有助于提高體系的熱電效率。 第六章Bi<,x>TiS<,2>多晶的熱電性質(zhì)研究本章中研究了不同Bi摻雜組分的Bi<,x>TiS<,2>多晶樣品的熱電性質(zhì)。Bi摻雜的主要效果是轉(zhuǎn)移其價(jià)電子到母體層中Ti的導(dǎo)帶3d帶中，每個(gè)Bi原子提供5個(gè)電子，增加了載流子濃度，而沒(méi)有引入