La-,2-CuO-,4-型超導(dǎo)體中的電荷有序及其超聲衰減特性研究.pdf

1、高溫超導(dǎo)體中的電荷條紋相是當(dāng)前凝聚態(tài)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。所謂電荷條紋相，是指在CuO2平面內(nèi)，電荷和自旋自發(fā)聚集形成的一維周期性調(diào)制結(jié)構(gòu)，其中電荷條紋作為自旋反相疇壁存在。大量的實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明在銅氧化物高溫超導(dǎo)體中，電荷條紋相對高溫超導(dǎo)電性和正常態(tài)性質(zhì)都起著至關(guān)重要的作用。 在本論文中，我們以輸運(yùn)行為和超聲衰減特性為主要手段研究了La系超導(dǎo)體中電荷條紋與結(jié)構(gòu)之間的相互作用以及磁場對電荷條紋的影響，并進(jìn)一步分析討論了電荷條紋與超導(dǎo)電

2、性之間的關(guān)系。此外，我們還研究了新型鈷氧化物超導(dǎo)體的母體NaxCoO2體系的Raman散射光譜，澄清了國際上對該體系Raman峰的錯誤指認(rèn)。論文內(nèi)容共分為五章，各章的主要內(nèi)容分別概括如下： 第一章綜述了有關(guān)高溫超導(dǎo)體中電荷條紋相的研究進(jìn)展，包括條紋物理圖像的簡單介紹、條紋與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系、高溫超導(dǎo)體中電荷一維輸運(yùn)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)等。通過對各種實(shí)驗(yàn)手段研究條紋結(jié)果的分析，闡述條紋在高溫超導(dǎo)電性中所扮演的角色。最后給出了當(dāng)前研究中存在的一

3、些問題。 第二章我們研究了La1.88-yNdySr0.12CuO4體系的結(jié)構(gòu)、輸運(yùn)行為以及超聲衰減特性。室溫下的X射線衍射表明Nd摻雜能夠驅(qū)動CuO6八面體的旋轉(zhuǎn)。La1.48Nd0.4Sr0.12CuO4的變溫X射線衍射證明在70K附近發(fā)生低溫正交-低溫四方的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。樣品的電阻率在LTO-LTT結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變處出現(xiàn)小的跳躍，在LTO相可以很好的用一維輸運(yùn)模型進(jìn)行描述，而在LTT相則表現(xiàn)為log(1/T)行為。超聲聲速在LTO-L

4、TT結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變溫度處的異常硬化和伴隨的能量損耗峰給出了靜態(tài)電荷條紋隨Nd摻雜的演化規(guī)律。更為重要的結(jié)果是，在100K附近我們觀察到由于動態(tài)電荷條紋與摻雜引起的晶格畸變之間弛豫性相互作用而導(dǎo)致的能量損耗峰。超聲變頻測量的結(jié)果表明動態(tài)條紋越過釘扎中心的激活能E/kB約為1800K。 第三章研究了La1.88Sr0.12-xBaxCuO4體系的超導(dǎo)電性和超聲衰減特性，并討論了超導(dǎo)電性與電荷條紋之間的關(guān)系。根據(jù)超聲聲速在低溫下的硬化以及伴

5、隨的衰減峰隨Ba含量x的演化，我們證明了在Ba含量x≤0.04的樣品中存在著局域的靜態(tài)電荷條紋，隨著Ba含量的增加，靜態(tài)電荷條紋由局域向長程有序渡越。在沒有摻雜等因素對低溫四方結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定作用時，超導(dǎo)電性占主導(dǎo)地位，體系中只有局域的電荷條紋存在。通過Ba摻雜穩(wěn)定低溫四方結(jié)構(gòu)，電荷條紋變得穩(wěn)定而超導(dǎo)電性被壓制。 第四章系統(tǒng)的研究了磁場對La214體系中電荷條紋的影響。我們發(fā)現(xiàn)對于非超導(dǎo)的La2-xSrxCuO4(x=0.03，0.0

6、4)、已經(jīng)建立長程電荷有序的La1.48Nd0.4Sr0.12CuO4、以及Ba含量x＞0.06的La1.88Sr0.12-xBaxCuO4，磁場對其中低溫下電荷條紋相關(guān)的超聲聲速和衰減異常均沒有影響。而對于超導(dǎo)電性占主導(dǎo)地位，沒有建立起長程電荷有序的La1.88Sr0.12-xBaxCuO4(x≤006)樣品，磁場能夠使其中的低溫四方結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性增強(qiáng)。我們的結(jié)果表明磁場對電荷條紋本身沒有影響。在超導(dǎo)電性占主導(dǎo)地位的樣品中，外加磁場能夠

7、加強(qiáng)電荷有序，其根源在于超導(dǎo)與條紋序之間的競爭。磁場下La1.88Sr0.12-xBaxCuO4(x≤0.06)樣品電阻曲線上超導(dǎo)轉(zhuǎn)變隨磁場增加表現(xiàn)出由扇形展寬向平移行為的渡越，也證明了超導(dǎo)電性被壓制后靜態(tài)條紋序的增強(qiáng)。 第五章我們研究了NaxCoO2的Raman譜并指認(rèn)了各個Raman峰所對應(yīng)的聲子模。我們發(fā)現(xiàn)對于Na0.7CoO2，在室溫下只出現(xiàn)對應(yīng)氧原子振動的A1g，E1g和E2gRaman散射峰，而對應(yīng)Na離子在面內(nèi)xy