Bi2212超结构能带杂化及配对机理ARPES研究
发布时间：2020-07-25 18:02
【摘要】：铜氧化物高温超导体表现出奇特的正常态物理性质和超导特性,对现有的凝聚态物理理论提出了挑战,为建立新的多体量子理论和超导理论提供了机会。对铜氧化物电子结构的深入研究,是理解其奇异正常态和超导机理的前提和基础。本论文采用高分辨角分辨光电子能谱技术,研究了铜氧化物高温超导体Bi2_xPbxSr2CaCu208+δ(Pb-Bi2212)的电子结构。论文主要包括以下几个部分:1.简要介绍了超导材料和超导物理的研究背景,重点介绍了铜氧化物高温超导体的研究进展,详细总结和讨论了角分辨光电子能谱对Bi2212单晶的能隙、赝能隙、多体相互作用等的研究状况。2.角分辨光电子能谱原理、实验技术和真空紫外激光角分辨光电子能谱设备。介绍了角分辨光电子能谱原理和相关理论,以及角分辨光电子能谱系统的构成。重点介绍了所在实验室的真空紫外激光角分辨光电子能谱仪,包括基于飞行时间能量分析器的角分辨光电子能谱仪、自旋分辨角分辨光电子能谱仪、大动量极低温深紫外激光角分辨光电子能谱仪,以及世界上一些其它角分辨光电子能谱仪。3.高质量系列掺Pb的Bi2212单晶的生长和表征。利用移行溶剂浮区法成功生长出不同Pb含量的Bi2_xPbxSr2CaCu208+δ高质量单晶(x=0～0.8),对生长出的多种组分的单晶进行了成分、晶体结构、超导性质的表征,为后续研究提供了材料基础。4.利用高分辨角分辨光电子能谱和透射电子显微镜,系统全面地研究了Bi2212中电子结构和超结构随Pb含量的演变,为超结构的本征起源提供了重要证据。角分辨光电子能谱对Pb-Bi2212的超结构测量发现,沿着Γ-Y方向的超结构波矢Q的大小随着Pb含量的增加而减小,超结构能带的强度随着Pb含量的增加而减弱,在x～0.80时超结构接近彻底消失。这些结果和透射电子显微镜对超结构直接测量的结果一致。实验发现,超结构能带相对于主能带的强度依赖于光子能量,在10.897 eV激光下,超结构强度甚至高于主能带强度。该结果表明,超结构能带是来自于Cu02面的本征能带,而不是Cu02面的光电子经过BiO面被衍射的结果。Bi2212掺Pb能够抑制超结构,在掺Pb含量为0.8时超结构几乎完全消失,这样组分的高质量单晶样品的获得,为一些严苛的角分辨光电子能谱实验的开展奠定了基础。5.首次发现超结构与主能带在超导态发生Bogliubov杂化。利用飞行时间角分辨光电子能谱仪具有二维动量探测的优势,第一次发现Bi2212的主能带和超结构能带,在动量空间正常态相交的区域,在超导态发生Bogliubov杂化。理论模拟表明,Bogliubov杂化与两个能带的能隙大小不同有关,可能会对超导电性有一定的影响。这一现象的发现,对超结构能带的起源提供了决定性的证据,证明它是来源于CuO2面的本征能带,而不是由于非公度调制结构的衍射产生的。6.利用角分辨光电子能谱结合Eliashberg方程探索解析铜氧化物高温超导体配对相互作用谱函数的新途径。BCS理论指出,在传统超导体中,声子作为媒介引起电子配对,从Pb的隧道谱实验谱中解析出配对Eliashberg函数,对最终从实验上验证BCS超导理论起到决定性作用。对于具有d-波超导能隙的铜氧化物高温超导体,配对Eliashberg函数的解析对理解其高温超导机理具有重要作用。利用最新研制的飞行时间角分辨光电子能谱仪的高分辨、信号高保真的优势,我们提出了解析配对相互作用谱函数的新的方案。通过对最佳掺杂Bi2Sr2CaCu208+δ进行不同温度的测量,我们发现在能隙以外表现出精细结构,并且这些结构对温度和动量都有一定的依赖关系。结合新的方案和数据处理程序,我们提取出了正常自能和配对自能,为进一步的深入研究和理解超导机理奠定了基础。
【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】：O511.3
【图文】：
图１．２邋Ｂｉ系超导体晶体结构［２］逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．２邋Ｓｉｎｇｌｅ邋ｃｒｙｓｔａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋Ｂｉ－ｂａｓｅｄ邋ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ【２Ｉ逡逑下面以典型的Ｂｉ系超导体为例，如图１．２所示分别为Ｓ／２Ｓｒ２ＣＷ0６＋５邋（Ｂｉ２２０１）、逡逑所２分２（：‘《２０８＋办（Ｂｉ２２１２）和历２Ｓｒ２Ｃ叱Ｃｗ３０ｌｆｒｗ邋（Ｂｉ２２２３）ｃ它们都具有相同逡逑的元素组成和层状结构。不同的是原胞内铜氧面个数的不同，它们的超导转变温逡逑度也随宥层数的增加而增高，另外，Ｂｉ系超导体两层ＢｉＯ面之间为范德瓦尔斯逡逑力，因此极易解理形成干净的表面，ＢｉＯ面为非极性表面，解理后不会形成表面逡逑童构９逡逑１．２．２相图逡逑图１．３为铜l#化物高温超导体的基本相图，母体为反铁磁凳特绝缘体。向母逡逑体中掺杂电子或空■穴不同载流子》都会使得反铁磁序被抑制邋＜邋翁侧为空穴型邋＜邋左逡逑侧为电子型。当掺杂到一定程度超导h"出现，一V慈衔昭ㄐ筒粼釉诜刺磐耆义媳灰种疲粼优ǘ仍冢埃埃呈背蓟岢鱿郑欢纾有筒粼右诓粼优ǘ龋埃保底笥义义喜呕岢鱿郑曳刺畔嗖⑽幢煌耆种啤Ｔ谀掣霾粼优ǘ仁保甲湮露却镥义系阶钐刀杂Φ模翰粼优ǘ任铞浚哂
本文编号：2770175
【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】：O511.3
【图文】：
图１．２邋Ｂｉ系超导体晶体结构［２］逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．２邋Ｓｉｎｇｌｅ邋ｃｒｙｓｔａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋Ｂｉ－ｂａｓｅｄ邋ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ【２Ｉ逡逑下面以典型的Ｂｉ系超导体为例，如图１．２所示分别为Ｓ／２Ｓｒ２ＣＷ0６＋５邋（Ｂｉ２２０１）、逡逑所２分２（：‘《２０８＋办（Ｂｉ２２１２）和历２Ｓｒ２Ｃ叱Ｃｗ３０ｌｆｒｗ邋（Ｂｉ２２２３）ｃ它们都具有相同逡逑的元素组成和层状结构。不同的是原胞内铜氧面个数的不同，它们的超导转变温逡逑度也随宥层数的增加而增高，另外，Ｂｉ系超导体两层ＢｉＯ面之间为范德瓦尔斯逡逑力，因此极易解理形成干净的表面，ＢｉＯ面为非极性表面，解理后不会形成表面逡逑童构９逡逑１．２．２相图逡逑图１．３为铜l#化物高温超导体的基本相图，母体为反铁磁凳特绝缘体。向母逡逑体中掺杂电子或空■穴不同载流子》都会使得反铁磁序被抑制邋＜邋翁侧为空穴型邋＜邋左逡逑侧为电子型。当掺杂到一定程度超导h"出现，一V慈衔昭ㄐ筒粼釉诜刺磐耆义媳灰种疲粼优ǘ仍冢埃埃呈背蓟岢鱿郑欢纾有筒粼右诓粼优ǘ龋埃保底笥义义喜呕岢鱿郑曳刺畔嗖⑽幢煌耆种啤Ｔ谀掣霾粼优ǘ仁保甲湮露却镥义系阶钐刀杂Φ模翰粼优ǘ任铞浚哂
本文编号：2770175
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