角分辨光电子能谱技术发展及对铜氧化物高温超导体研究
发布时间：2020-12-28 01:51
高温超导机理无疑是凝聚态物理一个最重要的科学问题之一,而角分辨光电子能谱技术在高温超导体研究中,为理解其微观机理提供了丰富的实验证据。实验技术和仪器的革新和科学研究的推进相互促进,在高温超导研究领域是一个非常好的范本。本论文先从传统超导理论出发,介绍了超导机理研究发展的重要节点和现状,提出了本文研究的相关问题。继而通过介绍角分辨光电子能谱（ARPES）的原理,指出了其在研究超导机理中至关重要的作用。本论文的研究工作分仪器研制和实验研究两部分。在仪器研制方面,重点描述了新一代双模式光电子能谱仪的设计、组装和测试的结果;在实验研究方面,主要介绍了利用激光角分辨光电子能谱技术对电子型和空穴型铜氧化物高温超导体电子结构的研究,系统地分析了电子结构中能隙、色散关系和和能量尺度等问题,旨在寻找高温超导机理相关的因素。论文具体如下内容:1.第一章简要介绍了超导发现历史和研究背景。介绍了传统超导体的超导机理和BCS超导理论,重点介绍了非常规超导体的发现历史和不同家族,并综述了近期发现的其它新奇超导现象。最后介绍了铜氧化物高温超导体的晶体结构、电子结构和相图,以及其中的BSCCO体系超导体的相关研究背景...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院物理研究所)北京市
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
符号列表
第1章 引言
1.1 超导
1.1.1 BCS理论
1.1.2 高温超导体
1.1.3 强关联电子间相互作用
1.1.4 其他新奇超导体
1.2 铜氧化物高温超导体
1.2.1 晶体结构
1.2.2 电子结构
1.2.3 相图
1.3 对BSCCO高温超导体的ARPES研究
1.3.1 费米面
1.3.2 超导能隙和赝能隙
1.3.3 多体相互作用
第2章 角分辨光电子能谱仪的原理及应用
2.1 ARPES与光电效应
2.2 三步模型与突发近似
2.3 ARPES数据——谱强度
2.3.1 矩阵元效应
2.3.2 费米截止
2.3.3 单粒子谱函数
2.3.4 分辨率
2.4 ARPES数据分析——MDC和EDC及自能
2.5 电子平均自由程和ARPES探测深度
2.6 SC7实验室的深紫外激光ARPES
2.6.1 激光ARPES的优势
2.6.2 6.994eV深紫外激光
2.6.3 ARToF-ARPES系统
2.6.4 LLL-ARPES系统
第3章 新一代TOF双模式电子能量分析器研发
3.1 能量分析器的发展
3.1.1 角积分到角分辨
3.1.2 能量分辨率的提高
3.1.3 加入其他探测尺度的能量分析器
3.2 实空间探测和倒空间探测
3.2.1 ARPES和PEEM
3.2.2 k-PEEM和Nano-ARPES
3.3 新一代基于飞行时间的电子能量分析器的建模
3.3.1 设计原理
3.3.2 模拟探测的飞行轨迹
3.3.3 模拟探测的分辨率
3.4 搭建测试平台
3.4.1 测试光路的搭建
3.4.2 控制系统
3.5 小结
第4章 ARPES对电子型铜氧化合物PLCCO单晶的研究
4.1 研究背景
*相'> 4.1.1 晶体结构—T,T'和T*相
4.1.2 电子型铜氧化物超导体的相图
4.1.3 电子型掺杂铜氧化物超导体的费米面
4.1.4 电子型化合物中普遍存在的50meV能量尺度
4.2 实验方法和样品
4.3 实验研究
4.3.1 不同光源对PLCCO费米面的测量
4.3.2 7eV激光对PLCCO能带结构的研究
4.4 小结
第5章 ARPES对Bi2212欠掺到过掺能隙和电子结构的研究
5.1 研究背景
5.2 样品制备和实验方法
5.2.1 样品退火
5.2.2 实验记录
5.3 研究结果
5.3.1 能隙随动量、温度和掺杂的变化
5.3.2 对多体效应的研究
5.4 小结
第6章 ARPES对过掺杂Bi2212单晶中双层能带劈裂的研究
6.1 研究背景
6.2 实验方法
6.2.1 样品的制备与表征
6.2.2 实验仪器与设置
6.3 研究结果
6.3.1 费米面和双层劈裂
6.3.2 能量分布曲线和超导能隙
6.3.3 对能带色散的研究
6.4 小结
第7章 总结与展望
参考文献
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
附件
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Distinct Superconducting Gap on Two Bilayer-Split Fermi Surface Sheets in Bi2Sr2CaCu2O8+δ Superconductor[J]. 艾平,高强,刘静,张玉晓,李聪,黄建伟,宋春尧,闫宏涛,赵林,刘国东,顾根大,张丰丰,杨峰,彭钦军,许祖彦,周兴江. Chinese Physics Letters. 2019(06)
[2]Temperature Evolution of Energy Gap and Band Structure in the Superconducting and Pseudogap States of Bi2Sr2CaCu2O8+δ Superconductor Revealed by Laser-Based Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy[J]. 孙璇,张文涛,赵林,刘国东,顾根大,彭钦军,王志敏,张申金,杨峰,陈创天,许祖彦,周兴江. Chinese Physics Letters. 2018(01)
[3]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)
[4]A Reproducible Approach of Preparing High-Quality Overdoped Bi2Sr2CaCu2O8+δ Single Crystals by Oxygen Annealing and Quenching Method[J]. 张玉晓,赵林,顾根大,周兴江. Chinese Physics Letters. 2016(06)
[5]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：2942907
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院物理研究所)北京市
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
符号列表
第1章 引言
1.1 超导
1.1.1 BCS理论
1.1.2 高温超导体
1.1.3 强关联电子间相互作用
1.1.4 其他新奇超导体
1.2 铜氧化物高温超导体
1.2.1 晶体结构
1.2.2 电子结构
1.2.3 相图
1.3 对BSCCO高温超导体的ARPES研究
1.3.1 费米面
1.3.2 超导能隙和赝能隙
1.3.3 多体相互作用
第2章 角分辨光电子能谱仪的原理及应用
2.1 ARPES与光电效应
2.2 三步模型与突发近似
2.3 ARPES数据——谱强度
2.3.1 矩阵元效应
2.3.2 费米截止
2.3.3 单粒子谱函数
2.3.4 分辨率
2.4 ARPES数据分析——MDC和EDC及自能
2.5 电子平均自由程和ARPES探测深度
2.6 SC7实验室的深紫外激光ARPES
2.6.1 激光ARPES的优势
2.6.2 6.994eV深紫外激光
2.6.3 ARToF-ARPES系统
2.6.4 LLL-ARPES系统
第3章 新一代TOF双模式电子能量分析器研发
3.1 能量分析器的发展
3.1.1 角积分到角分辨
3.1.2 能量分辨率的提高
3.1.3 加入其他探测尺度的能量分析器
3.2 实空间探测和倒空间探测
3.2.1 ARPES和PEEM
3.2.2 k-PEEM和Nano-ARPES
3.3 新一代基于飞行时间的电子能量分析器的建模
3.3.1 设计原理
3.3.2 模拟探测的飞行轨迹
3.3.3 模拟探测的分辨率
3.4 搭建测试平台
3.4.1 测试光路的搭建
3.4.2 控制系统
3.5 小结
第4章 ARPES对电子型铜氧化合物PLCCO单晶的研究
4.1 研究背景
*相'> 4.1.1 晶体结构—T,T'和T*相
4.1.2 电子型铜氧化物超导体的相图
4.1.3 电子型掺杂铜氧化物超导体的费米面
4.1.4 电子型化合物中普遍存在的50meV能量尺度
4.2 实验方法和样品
4.3 实验研究
4.3.1 不同光源对PLCCO费米面的测量
4.3.2 7eV激光对PLCCO能带结构的研究
4.4 小结
第5章 ARPES对Bi2212欠掺到过掺能隙和电子结构的研究
5.1 研究背景
5.2 样品制备和实验方法
5.2.1 样品退火
5.2.2 实验记录
5.3 研究结果
5.3.1 能隙随动量、温度和掺杂的变化
5.3.2 对多体效应的研究
5.4 小结
第6章 ARPES对过掺杂Bi2212单晶中双层能带劈裂的研究
6.1 研究背景
6.2 实验方法
6.2.1 样品的制备与表征
6.2.2 实验仪器与设置
6.3 研究结果
6.3.1 费米面和双层劈裂
6.3.2 能量分布曲线和超导能隙
6.3.3 对能带色散的研究
6.4 小结
第7章 总结与展望
参考文献
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
附件
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Distinct Superconducting Gap on Two Bilayer-Split Fermi Surface Sheets in Bi2Sr2CaCu2O8+δ Superconductor[J]. 艾平,高强,刘静,张玉晓,李聪,黄建伟,宋春尧,闫宏涛,赵林,刘国东,顾根大,张丰丰,杨峰,彭钦军,许祖彦,周兴江. Chinese Physics Letters. 2019(06)
[2]Temperature Evolution of Energy Gap and Band Structure in the Superconducting and Pseudogap States of Bi2Sr2CaCu2O8+δ Superconductor Revealed by Laser-Based Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy[J]. 孙璇,张文涛,赵林,刘国东,顾根大,彭钦军,王志敏,张申金,杨峰,陈创天,许祖彦,周兴江. Chinese Physics Letters. 2018(01)
[3]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)
[4]A Reproducible Approach of Preparing High-Quality Overdoped Bi2Sr2CaCu2O8+δ Single Crystals by Oxygen Annealing and Quenching Method[J]. 张玉晓,赵林,顾根大,周兴江. Chinese Physics Letters. 2016(06)
[5]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：2942907
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