共振（非）弹性X射线散射及其在强关联电子体系中的应用

发布时间：2020-05-14 22:30

【摘要】：研究材料内的电子运动行为以及电子间相互作用是凝聚态物理的核心问题,为此,人们研发了不同的实验手段,比如角分辨光电子能谱,扫描隧道谱,中子散射以及一些与光散射相关的光谱学测量手段等等,这其中,基于同步辐射的X射线散射,特别是共振(非)弹性X射线散射扮演着一个至关重要的角色。近年来,得益于第三代同步辐射的运行以及机械工艺方面的进步,共振(非)弹性X射线散射实验设备得到了快速发展,因而与之相关的实验手段在凝聚态物理领域,特别是其中的强关联电子系统中得到了广泛应用,所以本论文主要包括以下四个部分:Ⅰ英国钻石同步辐射中心的共振非弹性X射线散射实验线站。优良的光学设计以及机械加工使得该线站拥有目前世界上最先进的共振非弹性X射线散射谱仪之一,为此我们介绍了该线站的光学设计和一些光学元件的调试方法;除此之外,我们也发展了一套处理该线站实验数据的方法,这些有助于人们能够更好地理解该实验技术和实验数据。Ⅱ共振非弹性X射线散射在KCuF_3轨道和自旋动力学行为上的应用。超高的能量分辨率揭示出KCuF_3中的一些有色散行为的低能激发和无色散行为的高能激发;通过与理论对比,我们发现低能激发是来自体系的自旋动力学行为,而高能激发则是体系内一些局域的轨道间激发,这些结果促使人们重新认识KCuF_3中的长程轨道元激发。Ⅲ共振非弹性X射线散射对Bi_2Sr_(2-x)La_xCuO_(6+δ)中的短程电荷序结构研究。短程电荷序结构已被证实为铜基高温超导体中的一种普适现象。在本项工作中,我们成功地在O K吸收边观测到该结构,与此同时,空穴掺杂依赖结果显示该结构在轻微过掺杂区域不存在;结合Cu L_3吸收边显示的低能声子畸变行为,我们的观测能够帮助人们更好地认识短程电荷序结构与铜基高温超导体中其他电子态之间的关系。Ⅳ共振弹性X射线散射对Sr_2IrO_4磁结构在激光扰动下的驰豫行为研究。在激光扰动下,我们发现Sr_2IrO_4磁结构的恢复表现出两个时间参数,其中快速恢复与Sr_2IrO_4自旋自由度相关,而慢恢复行为抖动比较大,可能是由系统在恢复过程中形成的杂乱无序的磁畴之间竞争所导致的。
【图文】：

绝缘体,机制,算符,哈密顿量

图 1.1 Mott-Hubbard 绝缘体机制。Figure 1.1 Mechanism of Mott-Hubbard Insulator.型及 Heisenberg 模型bard 模型基础上，当 U 远大于，即满足 / 1时处理下可转换成 t-j 哈密顿量[2]： + . ., 12 4 12 4 2 ，是自旋为 1/2 的算符，满足 =

空穴,二维体系

图 1.2 t-j 模型的空穴掺杂。（a）一维体系：空穴的出现使得电子的电荷（和自旋（spinon）分离开；（b）二维体系。Figure 1.2 The hole-doping of t-j model. (a) One dimensional situation: thholes introduce the separation of spinon and holon; (b) Two dimensional cas当系统中的电子填充低于一半，即存有空穴时，电子有一定的概率在置间跳跃，此时公式 1.2 中的第一项和第三项将会扰动半填充情况下的反构使得系统在不同维度下表现出不同的行为。比如，对于一维体系，如图中所示，空穴的引入并没有完全破坏反铁磁序，而是使得电子的电荷和自分离[3-4]；对于二维体系，以铜基高温超导体为例，实验发现在少量的空下体系的磁相互作用并没有减弱很多，但在低温下，这些掺杂的空穴在体发形成电荷序结构[5-7]，同时体系也表现出一定的超导电性[8]。究竟公式三项如何在空穴掺杂下演化和竞争以决定体系的物理行为目前还没有被理解，在第五章中，我们将从实验上研究二维体系铜基高温超导体
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O469

【相似文献】