鈷基（等）關(guān)聯(lián)電子體系中的同位素效應(yīng)和相分離及其相關(guān)效應(yīng)的研究.pdf

1、過渡金屬氧化物由于所表現(xiàn)出來的奇異物理性質(zhì)，如超導(dǎo)電性、龐磁阻、反?；魻栃?yīng)、大的熱電效應(yīng)、多鐵等性質(zhì)，而被人們廣泛的研究。這些體系中的電荷、自旋、軌道和晶格之間相互耦合，各種相互作用之間互相競爭，使體系呈現(xiàn)出豐富的相圖，給人們展現(xiàn)出如電荷有序、磁有序、玻璃態(tài)、相分離、金屬絕緣體轉(zhuǎn)變、自旋態(tài)轉(zhuǎn)變等有趣的的物理現(xiàn)象。這些不僅在科研上，也在實際應(yīng)用上有相當(dāng)?shù)膬r值，因而成為現(xiàn)在凝聚態(tài)物理學(xué)界的研究熱點。 在本論文中，我們通過氧同位素替

2、代的手段研究了(Pr<,1-x>Sm<,x>)<,0.7>Ca<,0.3>CoO<,3>中的電荷、自旋和晶格之間的相互作用以及La<,1.6-x>Nd<,0.4>S<,x>CuO<,4>中的超導(dǎo)與條紋相之間的關(guān)系。另外我們還在層狀硫化物BaCo<,0.9>Ni<,0.1>S<,1.97>中發(fā)現(xiàn)了玻璃態(tài)的行為，并且這個材料表現(xiàn)出一種非指數(shù)的緩慢弛豫過程以及"物理時效"行為。相關(guān)研究結(jié)果已經(jīng)在Phys.Rev.B上發(fā)表或者已經(jīng)投稿。

3、 本論文共分為以下六章： 1. 鈷基和銅氧化物超導(dǎo)體的研究進展第一章主要是對目前凝聚態(tài)物理中的一些研究熱點進行簡述。特別是對與本論文所涉及的系統(tǒng)有關(guān)的背景作了簡短介紹。其中包括：對強關(guān)聯(lián)電子體系所進行的理論研究的回顧；對常規(guī)超導(dǎo)體和銅氧化物高溫超導(dǎo)體的簡單綜述，包括其結(jié)構(gòu)、輸運性質(zhì)、磁性質(zhì)以及最近高溫超導(dǎo)體里的一個熱點問題--條紋相；對鈷氧化物的研究綜述，主要突出了其中自旋態(tài)轉(zhuǎn)變的特點：對同位素替代實驗的理論及實驗的介紹；對Ba

4、Co<,1-x>Ni<,x>S<,2-y>體系的背景介紹，包括晶體結(jié)構(gòu)以及相關(guān)的輸運性質(zhì)和磁性質(zhì)。 2。 (Pr<,1-x>Sm<,x>)<,0.7>Ca<,0.3>CoO<,3>體系中的自旋態(tài)轉(zhuǎn)變和同位素效應(yīng)在本章中，我們系統(tǒng)地研究了(Pr<,1-x>Sm<,x>)<,0.7>Ca<,0.3>CoO<,3>這個體系中的氧同位素效應(yīng)。在這個體系中，隨著x的增加會出現(xiàn)一個由鐵磁金屬相向順磁絕緣相的轉(zhuǎn)變，同時伴隨著一個自旋態(tài)的轉(zhuǎn)變。

5、一個非常令人驚奇的現(xiàn)象是，在金屬相中，鐵磁轉(zhuǎn)變溫度(T<,c>)的氧同位素效應(yīng)小到幾乎可以忽略；而在絕緣相中<'18>O對<'16>O的替代則導(dǎo)致自旋態(tài)轉(zhuǎn)變溫度(T<,s>)向高溫方向的一個非常大的偏移。特別是在x=0.175的樣品中，T<,s>從36K變到54K，得到一個很大的氧同位素指數(shù)α<,s>=4.7。而在靠近絕緣相的x=0.172的樣品中，1sO對<'16>O的替代甚至導(dǎo)致了一個金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變。在絕緣相中存在，卻在金屬相中消

6、失的靜態(tài)Jahn-Teller畸變可以很好的解釋這兩個相中同位素效應(yīng)的差異。 3.La<,1.6-x>Nd<,0.4>Sr<,x>CuO<,4>中氧同位素交換對超導(dǎo)電性和條紋相的影響在本章中，我們系統(tǒng)的研究了La<,1.6-x>Nd<,0.4>Sr<,x>CuO<,4>中超導(dǎo)電性、條紋相以及結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的同位素效應(yīng)。<'18>O對<'16>O的替代導(dǎo)致了超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度(T<,c>)的下降，卻使從溫四方相向低溫正交相轉(zhuǎn)變的溫度增加。與不

7、含Nd的同樣摻雜濃度的樣品相比較，我們在La<,1.6-x>Nd<,0.4>Sr<,x>CuO<,4>中觀察到了超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度T<,c>的更大的同位素效應(yīng)。這些結(jié)果表明CuO<,2>面的畸變會壓制超導(dǎo)電性，而由于CuQ面的畸變會增強條紋相，所以這些結(jié)果還給出了一個直接的證據(jù)證明條紋相與超導(dǎo)電性之間的競爭關(guān)系。 4. 層狀鉆氧化物Pr<,2-x>Ca<,x>CoO<,4>(0.1≤x≤0.9)的合成以及磁性質(zhì)在本章中，我們合成了21

8、4結(jié)構(gòu)的層狀層狀鈷氧化物Pr<,2-x>Ca<,x>CoO<,4>(0.1≤x≤0.9)并研究了它的結(jié)構(gòu)和磁性質(zhì)。隨著鈣摻雜量的增加，在x=0.5以后體系中的反鐵磁關(guān)聯(lián)減弱而鐵磁關(guān)聯(lián)開始增強，x=0.9的樣品中明顯觀察到了一個鐵磁團簇玻璃態(tài)，而在鐵磁玻璃態(tài)溫度以上則有一個磁化率倒數(shù)開始向下偏離Curie-Weiss線性的溫度，這種偏離代表樣品中隨溫度降低開始出現(xiàn)鐵磁漲落(Griffiths phase)。 5. 強關(guān)聯(lián)電子體系B

9、aCo<,1-x>Ni<,x>S<,2-y>中的動力學(xué)效應(yīng)和玻璃態(tài)響應(yīng)在本章中，我們在強關(guān)聯(lián)電子體系BaCo<,0.9>Ni<,0.1>S<,1.97>中發(fā)現(xiàn)了一個非常規(guī)的成核過程。這個成核過程是一個有著單斜結(jié)構(gòu)的低溫順磁金屬相從一個有著四方結(jié)構(gòu)的高溫反鐵磁絕緣相背景中成核的過程。在沒有外界干擾的情況下，我們把樣品放在某一個指定溫度進行弛豫測量，這種非常規(guī)的成核過程會導(dǎo)致電阻率下降幾個量級。這種奇特的動力學(xué)過程可能是來自于應(yīng)力場、庫侖相

10、互作用、磁關(guān)聯(lián)以及無序之間的相互競爭。這種競爭可能會使成核過程受挫，以至帶來一種緩慢的非指數(shù)的弛豫過程以及一種"物理時效"行為。 6.La<,0.67>Ca<,0.33>MnO<,3>薄膜中氧缺陷導(dǎo)致的相分離現(xiàn)象在本章中，我們系統(tǒng)的研究了在(001)-LaAlO<,3>襯底上從50到500 mTorr不同氧分壓下外延生長的La<,0.67>Ca<,0.33>MnO<,3>薄膜的性質(zhì)。在X射線譜圖(XRD)、微結(jié)構(gòu)以及電阻溫度系數(shù)