铜氧化物高温超导体薄膜的制备与特性研究
发布时间：2021-06-16 17:34
铜氧化物高温超导电性作为凝聚态物理学的一颗明珠,其形成机理一直是该领域的主要研究方向。三十余年的研究表明,铜氧化物高温超导体普遍具有复杂的电子态相图,并展现出正常态赝能隙和超导d波配对对称性的特征。为了直接研究高温超导的本征性质并探究其与共存电荷序的关系,在本论文中,我们结合氧化物分子束外延（O-MBE）与扫描隧道显微镜（STM）技术对铜氧化物薄膜进行了原位的制备与表征,得到的主要结果如下。铜基高温超导体普遍具有层状的结构,作为高温超导核心的CuO2面通常位于重掺杂的电荷库层之间。为了直接探测超导的性质,我们利用O-MBE技术自下而上的在Bi2Sr2Ca Cu2O8+d单晶衬底上外延生长了高质量的CuO2薄膜。原位STM测量显示超导能隙与赝能隙是分离的,这说明二者并无关联。更重要的是,CuO2薄膜上的超导能隙具有“U”型特征,其对杂质的响应与传统s波配对的BCS超导体一致。据此我们推测铜基高温超导体并非d波配对,而是由调制掺杂机理所导...
【文章来源】：清华大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：114 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
H.K.Onnes与低温下Hg的超导现象
第一章引言2场始终保持进入理想导体时的状态。即便撤除外加磁场，导体内的磁场也不会消失。图1.2理想导体与超导体的磁性。（a）理想导体：磁场与历史有关，体内磁场始终保持进入理想导体时的状态。（b）超导体：磁性与历史无关，体内磁场始终为零。对Pb、Sn超导圆柱的研究则揭示了另外的行为。实验表明，无论施加磁场时样品的状态如何，超导体内部的磁场始终为零。与理想导体不同的是，即便在磁场中进入超导状态，超导体内部仍然没有磁场，与加磁场的历史无关。这就是迈斯纳效应。零电阻与迈斯纳效应的发现极大的激发了超导研究的热情。伦敦兄弟于1935年指出，超导体内的微观电磁性质可由两方程描述，统称为London方程[3]：=)+ (11)=)+× (12)其中式（1-1）描述了超导体的零电阻特性，可以看做超导电子所遵循的牛顿第二定律，也称为London第一方程；式（1-2）则描述了超导体的抗磁性，称为London第二方程。需要注意的是，London方程是根据超导体的实验结果而建立的。它只是对普通电磁学方程的限制，并非是由超导体的基本性质推导而来。因此London方程并不能“说明”超导电性的产生。对超导电性认识的下一个进展来自于超导凝聚能的确定。相较于正常态，超导体的准粒子激发具有能隙D，大小为kTc量级。为解释实验中超导体热电效应的缺失，超导能隙的概念最早由Daunt与Mendelssohn提出[4]。在随后的研究中，
Keesom与Onnes就发现Tc上下Pb的X射线衍射（X-Rayscattering，XRD）图像没有变化[10]。随后，Wilkinson于1955年测量了Pb与Nb的中子散射。实验发现，Tc上下材料晶格的点阵振动也没有明显的变化[11]。他们还进一步测量了Sn在正常态与超导态时的热中子总散射截面。结果表明，在1%精度范围内散射截面相等。1962年，Wiedemann利用Mssbauer效应测得的Sn在正常态和超导态的Debye-Waller因子也表明超导相变不影响晶格点阵结构和振动。这些实验现象排除了晶格结构相变引发超导相变的可能，说明超导相变只涉及电子气状态的改变。图1.3超导同位素效应与库珀对示意图。（a）Hg的同位素效应实验结果[12]。（b）库珀对示意图。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Relationship between the parent charge transfer gap and maximum transition temperature in cuprates[J]. Wei Ruan,Cheng Hu,Jianfa Zhao,Peng Cai,Yingying Peng,Cun Ye,Runze Yu,Xintong Li,Zhenqi Hao,Changqing Jin,Xingjiang Zhou,Zheng-Yu Weng,Yayu Wang. Science Bulletin. 2016(23)
[2]Bi2Sr2CaCu2O8+δ衬底上单层铜氧化物外延薄膜的超导配对机理研究（英文）[J]. 仲勇,王旸,韩厦,吕衍凤,王文琳,张定,丁浩,张一民,王立莉,何珂,Ruidan Zhong,John A.Schneeloch,顾根大,宋灿立,马旭村,薛其坤. Science Bulletin. 2016(16)
[3]In situ carrier tuning in high temperature superconductor Bi2Sr2CaCu2O8+δ by potassium deposition[J]. Yuxiao Zhang,Cheng Hu,Yong Hu,Lin Zhao,Ying Ding,Xuan Sun,Aiji Liang,Yan Zhang,Shaolong He,Defa Liu,Li Yu,Guodong Liu,Xiaoli Dong,Genda Gu,Chuangtian Chen,Zuyan Xu,Xingjiang Zhou. Science Bulletin. 2016(13)
[4]SUPERCONDUCTIVITY ABOVE LIQUID NITROGEN TEMPERATURE IN Ba-Y-Cu OXIDES[J]. 赵忠贤,陈立泉,杨乾声,黄玉珍,陈赓华,唐汝明,刘贵荣,崔长庚,陈烈,王连忠,郭树权,李山林,毕建清. Science Bulletin. 1987(10)
本文编号：3233495
【文章来源】：清华大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：114 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
H.K.Onnes与低温下Hg的超导现象
第一章引言2场始终保持进入理想导体时的状态。即便撤除外加磁场，导体内的磁场也不会消失。图1.2理想导体与超导体的磁性。（a）理想导体：磁场与历史有关，体内磁场始终保持进入理想导体时的状态。（b）超导体：磁性与历史无关，体内磁场始终为零。对Pb、Sn超导圆柱的研究则揭示了另外的行为。实验表明，无论施加磁场时样品的状态如何，超导体内部的磁场始终为零。与理想导体不同的是，即便在磁场中进入超导状态，超导体内部仍然没有磁场，与加磁场的历史无关。这就是迈斯纳效应。零电阻与迈斯纳效应的发现极大的激发了超导研究的热情。伦敦兄弟于1935年指出，超导体内的微观电磁性质可由两方程描述，统称为London方程[3]：=)+ (11)=)+× (12)其中式（1-1）描述了超导体的零电阻特性，可以看做超导电子所遵循的牛顿第二定律，也称为London第一方程；式（1-2）则描述了超导体的抗磁性，称为London第二方程。需要注意的是，London方程是根据超导体的实验结果而建立的。它只是对普通电磁学方程的限制，并非是由超导体的基本性质推导而来。因此London方程并不能“说明”超导电性的产生。对超导电性认识的下一个进展来自于超导凝聚能的确定。相较于正常态，超导体的准粒子激发具有能隙D，大小为kTc量级。为解释实验中超导体热电效应的缺失，超导能隙的概念最早由Daunt与Mendelssohn提出[4]。在随后的研究中，
Keesom与Onnes就发现Tc上下Pb的X射线衍射（X-Rayscattering，XRD）图像没有变化[10]。随后，Wilkinson于1955年测量了Pb与Nb的中子散射。实验发现，Tc上下材料晶格的点阵振动也没有明显的变化[11]。他们还进一步测量了Sn在正常态与超导态时的热中子总散射截面。结果表明，在1%精度范围内散射截面相等。1962年，Wiedemann利用Mssbauer效应测得的Sn在正常态和超导态的Debye-Waller因子也表明超导相变不影响晶格点阵结构和振动。这些实验现象排除了晶格结构相变引发超导相变的可能，说明超导相变只涉及电子气状态的改变。图1.3超导同位素效应与库珀对示意图。（a）Hg的同位素效应实验结果[12]。（b）库珀对示意图。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Relationship between the parent charge transfer gap and maximum transition temperature in cuprates[J]. Wei Ruan,Cheng Hu,Jianfa Zhao,Peng Cai,Yingying Peng,Cun Ye,Runze Yu,Xintong Li,Zhenqi Hao,Changqing Jin,Xingjiang Zhou,Zheng-Yu Weng,Yayu Wang. Science Bulletin. 2016(23)
[2]Bi2Sr2CaCu2O8+δ衬底上单层铜氧化物外延薄膜的超导配对机理研究（英文）[J]. 仲勇,王旸,韩厦,吕衍凤,王文琳,张定,丁浩,张一民,王立莉,何珂,Ruidan Zhong,John A.Schneeloch,顾根大,宋灿立,马旭村,薛其坤. Science Bulletin. 2016(16)
[3]In situ carrier tuning in high temperature superconductor Bi2Sr2CaCu2O8+δ by potassium deposition[J]. Yuxiao Zhang,Cheng Hu,Yong Hu,Lin Zhao,Ying Ding,Xuan Sun,Aiji Liang,Yan Zhang,Shaolong He,Defa Liu,Li Yu,Guodong Liu,Xiaoli Dong,Genda Gu,Chuangtian Chen,Zuyan Xu,Xingjiang Zhou. Science Bulletin. 2016(13)
[4]SUPERCONDUCTIVITY ABOVE LIQUID NITROGEN TEMPERATURE IN Ba-Y-Cu OXIDES[J]. 赵忠贤,陈立泉,杨乾声,黄玉珍,陈赓华,唐汝明,刘贵荣,崔长庚,陈烈,王连忠,郭树权,李山林,毕建清. Science Bulletin. 1987(10)
本文编号：3233495
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