鐵基超導(dǎo)體“Na-111”體系電子結(jié)構(gòu)的角分辨光電子譜研究.pdf

1、超導(dǎo)作為一種新奇的宏觀量子現(xiàn)象，自從被發(fā)現(xiàn)開(kāi)始，就成為凝聚態(tài)物理學(xué)研究中的熱點(diǎn)之一，超導(dǎo)電性以其獨(dú)特的魅力持續(xù)不斷地吸引著實(shí)驗(yàn)和理論科學(xué)家的關(guān)注。銅氧高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)，更是將非常規(guī)超導(dǎo)的探索和機(jī)理研究推向整個(gè)凝聚態(tài)物理學(xué)領(lǐng)域研究的最前沿。時(shí)至今日，尋找超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度更高的超導(dǎo)體和理論上解答高溫超導(dǎo)電性的機(jī)理仍然是凝聚態(tài)物理學(xué)研究中最重要的問(wèn)題之一。角分辨光電子能譜(ARPES)技術(shù)由于可以直觀的探測(cè)材料內(nèi)部電子動(dòng)量與能量之間的依賴(lài)關(guān)系，即

2、材料中能帶結(jié)構(gòu)的色散關(guān)系，已成為凝聚態(tài)物理學(xué)特別是高溫超導(dǎo)研究中最為重要的實(shí)驗(yàn)手段之一。
　　2008年發(fā)現(xiàn)的鐵基超導(dǎo)體，是目前為止人們所發(fā)現(xiàn)的第二類(lèi)高溫超導(dǎo)材料。鐵基超導(dǎo)的發(fā)現(xiàn)，迅速引起了對(duì)高溫超導(dǎo)研究的一股新熱潮，同時(shí)也為高溫超導(dǎo)研究領(lǐng)域開(kāi)辟了一條新的道路。鐵基超導(dǎo)機(jī)理的研究，是高溫超導(dǎo)機(jī)理研究中的一個(gè)重要組成部分，理解其豐富的物理內(nèi)涵對(duì)整個(gè)凝聚態(tài)物理研究都會(huì)產(chǎn)生非常重要的影響。研究高溫超導(dǎo)機(jī)理，就是要從根源上找出導(dǎo)致超導(dǎo)電子

3、配對(duì)的原因，并給出準(zhǔn)確的理論描述，并在此基礎(chǔ)上預(yù)言新的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。對(duì)于鐵基超導(dǎo)體，目前理論方面兩種主流觀點(diǎn)的分歧點(diǎn)主要集中在鐵基超導(dǎo)體電子的關(guān)聯(lián)強(qiáng)度。在鐵基超導(dǎo)體發(fā)現(xiàn)伊始，這一差別使得大家對(duì)是否可以將鐵基超導(dǎo)體（及其母體化合物）看作強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系產(chǎn)生了疑問(wèn)。但是隨著鐵硒化合物的發(fā)現(xiàn)，弱關(guān)聯(lián)的理論越來(lái)越受到挑戰(zhàn)。
　　要對(duì)鐵基超導(dǎo)體的電子關(guān)聯(lián)強(qiáng)度進(jìn)行深入研究，一個(gè)不可或缺的途徑是研究其電子結(jié)構(gòu)。角分辨光電子能譜技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)固體材料電

4、子結(jié)構(gòu)最直接有效的探測(cè)，所以我們利用角分辨光電子能譜技術(shù)，從電子的局域相互作用和巡游機(jī)制的角度出發(fā)對(duì)鐵基高溫超導(dǎo)體“Na-111”體系的電子結(jié)構(gòu)所進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
　　第一章首先簡(jiǎn)單介紹了一下光電效應(yīng)，并對(duì)從晶體中逸出的光電子進(jìn)行了理論介紹:之后介紹了我們組內(nèi)的角分辨光電子能譜譜儀及其它相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備以及平時(shí)我們進(jìn)行ARPES實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)流程和方法。最后簡(jiǎn)要介紹了一下我們組正在發(fā)展的一種先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)手段:Pump-probe，利用這種先

5、激發(fā)后探測(cè)的全新實(shí)驗(yàn)手段可以測(cè)量材料費(fèi)米能級(jí)以上未占據(jù)態(tài)的電子結(jié)構(gòu)信息，從而可以獲得更多材料晶格電子自旋甚至電荷動(dòng)力學(xué)的相關(guān)信息。
　　第二章首先簡(jiǎn)單的介紹了一下超導(dǎo)發(fā)現(xiàn)的歷史，相關(guān)的理論進(jìn)展，以及最先發(fā)現(xiàn)的高溫超導(dǎo)體銅氧超導(dǎo)體。然后介紹了鐵基超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，并從晶體結(jié)構(gòu)和相圖的角度出發(fā)介紹了目前為止所發(fā)現(xiàn)的4類(lèi)主要的鐵基超導(dǎo)體。之后簡(jiǎn)單的介紹了銅氧超導(dǎo)體和鐵基超導(dǎo)體之間的異同點(diǎn)。同時(shí)對(duì)本文中我們所要研究的體系的母體化合物NaF

6、eAs的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，最后我們回顧了目前兩種主流的鐵基超導(dǎo)理論:局域相互作用機(jī)制和巡游機(jī)制。
　　第三章測(cè)量了一系列Co摻雜NaFeAs樣品(x=0.028，0.061,0.075，0.109)，我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)整體上電子能帶的色散隨著摻雜沒(méi)有明顯的變化，Co摻雜的基本作用是引入電子型載流子，增加載流子濃度。與銅基高溫超導(dǎo)材料的載流子摻雜效應(yīng)非常不同，鐵基超導(dǎo)材料中這種載流子濃度的增加并沒(méi)有改變局域的電子關(guān)聯(lián)強(qiáng)度。我們

7、的研究結(jié)果表明這個(gè)體系里超導(dǎo)隨摻雜的消失與載流子濃度增加引起的費(fèi)米面結(jié)構(gòu)變化有關(guān)。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)過(guò)摻雜非超導(dǎo)NaFe1-xCoxAs樣品的費(fèi)米面結(jié)構(gòu)與超導(dǎo)KFe2Se2的費(fèi)米面結(jié)構(gòu)非常類(lèi)似，進(jìn)一步比較表明，這兩種材料中截然不同的超導(dǎo)電性可能與其中載流子的巡游性與局域電子關(guān)聯(lián)強(qiáng)度之間的平衡有密切關(guān)系。
　　第四章測(cè)量了一系列Cu摻雜的NaFeAs樣品(NaFe1-xCuxAs，x=0.019，0.045,0.14)，發(fā)現(xiàn)Cu摻雜引入了額