超导薄膜材料的光谱性质及电荷动力学响应研究
发布时间：2021-08-24 14:33
超导材料由于具有电子运动无损耗特性,在航空航天、生物医疗、计算机、通讯等领域有广阔的应用前景。具有复杂和丰富物理性质的高温超导体是强关联电子体系,不符合常规超导体的超导微观理论,因此,开发更高转变温度的新型超导材料,研究更全面的超导机理仍是目前研究的热点之一。本文利用红外光谱、THz时域光谱和时间分辨超快光谱等手段,在可见、红外及THz光谱区域,对电子型铜氧化物高温超导体LCCO、尖晶石氧化物超导体LTO、铁基超导体FeSe的光学性质进行测试,得到了超导薄膜材料的光学常数、晶格振动、声子模式等信息,进而通过Kramers-Kronig（K-K）关系等计算得到其光电导特性,结合超导薄膜材料电输运性质及光学色散模型,得到电荷的动力学信息,如弛豫时间、直流电导率等,实现对超导薄膜材料物理性质的分析。期望通过对光子与超导材料的相互作用的分析,研究超导材料光学特性的响应机理,从而探究材料的超导特性、结构相变等物理机制。本文具体研究内容如下:1.利用脉冲激光沉积法,在（001）SrTiO3衬底上生长了最优掺杂La2-xCexCuO4（LCCO,x=0.1）薄膜,并对其在400-4000 cm-1频...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１关联电子体系中，集体激发的特征能量示意图
??能量尺度，并将其用光谱学常用单位标度出来。从图１．１我们可以看到，光学手段??可以探测的能量范围涵盖了凝聚态物理领域里很多重要的能量尺度，例如，在远??红外、太赫兹、亚微米能量范围对应固体材料的超导能隙、穿透深度等性质。在??中红外能量范围对应固体材料的声子峰、晶格振动等特性。在近红外、可见光能??量范围对应固体材料电子的带间跃迁、等离子体振荡频率等物理性质。通过研宄??材料的光学性质，我们可以获得材料本身的物理特性。??在凝聚态物理现象的光学研宄中，利用光学方法可以得到复光电导率、复介??电常数、复折射率等光学常数。其中，最常用的方法是在一个很宽的频率范围内??测量反射率，对于透光较强的材料则通过测量其透射率，通过！Ｃｒａｍｅｒｓ－ＩＣｒ６ｎｉｇ（Ｋ－ＩＯ??关系和光学常数的相互关系可以得到材料相应的光学常数。除此之外，也可以通??过测量直接获得复光学常数的实部和虚部，而不需要Ｋ－Ｋ变换，从而避免了外推??引入的误差。例如
２０１１年的光学研究的综述中，详细介绍了各种相关电子材料的电磁响应研宄，包??括过渡金属氧化物、有机和分子导体、金属间化合物以及磁性半导体等，分析了??其静态光电导谱及时间分辨光谱特性。图１．２是关联效应对巡游电子光学响应修正??的示意图。图１．２中依次显示了弱相互作用体系（左图），电子玻色子耦合体系（中??图）和强关联体系（右图）的能量色散关系五（幻，光电导实部＾（〇＞），散射率１／ｔ（？）??和有效质量ｍ＞）。（７伽）最高能量的特征对应带间跃迁（彩图中的红色区域）［ｕ?１。??为了研究物理过程对应的时域光谱特征及光谱转移特征，人们利用超快光谱??学技术来研宄这些玻色子激发背后的物理本质。对于超快的研宂，可以用电子学??和光学的方法实现，但电子学的时间分辨率一般在纳秒量级，有很大的局限性，??利用光学方法可实现飞秒量级的分辨率。１９９９年化学诺贝尔学奖获得者“飞秒化??学之父”，加州理工大学Ａｈｍｅｄ?Ｚｅｗａｉｌ［２Ｃ）］教授利用超快光学的手段研宄了在化学领??域的超快动力学过程，即利用超快光谱在化学反应发生本征时间尺度上研宄了反??应中的过渡态（暂稳态）
【参考文献】：
期刊论文
[1]高质量FeSe单晶薄膜的制备及相关性能表征[J]. 杨桦,冯中沛,林泽丰,胡卫,秦明阳,朱北沂,袁洁,金魁. 物理学报. 2018(20)
[2]Electronic structure and nematic phase transition in superconducting multiple-layer FeSe films grown by pulsed laser deposition method[J]. 沈兵,冯中沛,黄建伟,胡勇,高强,李聪,徐煜,刘国东,俞理,赵林,金魁,周兴江. Chinese Physics B. 2017(07)
[3]Band structure reconstruction across nematic order in high quality Fe Se single crystal as revealed by optical spectroscopy study[J]. Haipeng Wang,Zirong Ye,Yan Zhang,Nanlin Wang. Science Bulletin. 2016(14)
[4]浅析电子型掺杂铜氧化物超导体的退火过程[J]. 贾艳丽,杨桦,袁洁,于和善,冯中沛,夏海亮,石玉君,何格,胡卫,龙有文,朱北沂,金魁. 物理学报. 2015(21)
[5]Research trends in electron-doped cuprate superconductors[J]. YUAN Jie,HE Ge,YANG Hua,SHI YuJun,ZHU BeiYi,JIN Kui. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2015(10)
[6]飞秒时间分辨光抽运探测技术及进展[J]. 曹宁,傅盘铭,张治国. 物理. 2007(05)
[7]红外反射光谱的原理和方法[J]. 李岗,王楠林. 物理. 2006(10)
[8]Ba-Y-Cu氧化物液氮温区的超导电性[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. 科学通报. 1987(06)
本文编号：3360168
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１关联电子体系中，集体激发的特征能量示意图
??能量尺度，并将其用光谱学常用单位标度出来。从图１．１我们可以看到，光学手段??可以探测的能量范围涵盖了凝聚态物理领域里很多重要的能量尺度，例如，在远??红外、太赫兹、亚微米能量范围对应固体材料的超导能隙、穿透深度等性质。在??中红外能量范围对应固体材料的声子峰、晶格振动等特性。在近红外、可见光能??量范围对应固体材料电子的带间跃迁、等离子体振荡频率等物理性质。通过研宄??材料的光学性质，我们可以获得材料本身的物理特性。??在凝聚态物理现象的光学研宄中，利用光学方法可以得到复光电导率、复介??电常数、复折射率等光学常数。其中，最常用的方法是在一个很宽的频率范围内??测量反射率，对于透光较强的材料则通过测量其透射率，通过！Ｃｒａｍｅｒｓ－ＩＣｒ６ｎｉｇ（Ｋ－ＩＯ??关系和光学常数的相互关系可以得到材料相应的光学常数。除此之外，也可以通??过测量直接获得复光学常数的实部和虚部，而不需要Ｋ－Ｋ变换，从而避免了外推??引入的误差。例如
２０１１年的光学研究的综述中，详细介绍了各种相关电子材料的电磁响应研宄，包??括过渡金属氧化物、有机和分子导体、金属间化合物以及磁性半导体等，分析了??其静态光电导谱及时间分辨光谱特性。图１．２是关联效应对巡游电子光学响应修正??的示意图。图１．２中依次显示了弱相互作用体系（左图），电子玻色子耦合体系（中??图）和强关联体系（右图）的能量色散关系五（幻，光电导实部＾（〇＞），散射率１／ｔ（？）??和有效质量ｍ＞）。（７伽）最高能量的特征对应带间跃迁（彩图中的红色区域）［ｕ?１。??为了研究物理过程对应的时域光谱特征及光谱转移特征，人们利用超快光谱??学技术来研宄这些玻色子激发背后的物理本质。对于超快的研宂，可以用电子学??和光学的方法实现，但电子学的时间分辨率一般在纳秒量级，有很大的局限性，??利用光学方法可实现飞秒量级的分辨率。１９９９年化学诺贝尔学奖获得者“飞秒化??学之父”，加州理工大学Ａｈｍｅｄ?Ｚｅｗａｉｌ［２Ｃ）］教授利用超快光学的手段研宄了在化学领??域的超快动力学过程，即利用超快光谱在化学反应发生本征时间尺度上研宄了反??应中的过渡态（暂稳态）
【参考文献】：
期刊论文
[1]高质量FeSe单晶薄膜的制备及相关性能表征[J]. 杨桦,冯中沛,林泽丰,胡卫,秦明阳,朱北沂,袁洁,金魁. 物理学报. 2018(20)
[2]Electronic structure and nematic phase transition in superconducting multiple-layer FeSe films grown by pulsed laser deposition method[J]. 沈兵,冯中沛,黄建伟,胡勇,高强,李聪,徐煜,刘国东,俞理,赵林,金魁,周兴江. Chinese Physics B. 2017(07)
[3]Band structure reconstruction across nematic order in high quality Fe Se single crystal as revealed by optical spectroscopy study[J]. Haipeng Wang,Zirong Ye,Yan Zhang,Nanlin Wang. Science Bulletin. 2016(14)
[4]浅析电子型掺杂铜氧化物超导体的退火过程[J]. 贾艳丽,杨桦,袁洁,于和善,冯中沛,夏海亮,石玉君,何格,胡卫,龙有文,朱北沂,金魁. 物理学报. 2015(21)
[5]Research trends in electron-doped cuprate superconductors[J]. YUAN Jie,HE Ge,YANG Hua,SHI YuJun,ZHU BeiYi,JIN Kui. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2015(10)
[6]飞秒时间分辨光抽运探测技术及进展[J]. 曹宁,傅盘铭,张治国. 物理. 2007(05)
[7]红外反射光谱的原理和方法[J]. 李岗,王楠林. 物理. 2006(10)
[8]Ba-Y-Cu氧化物液氮温区的超导电性[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. 科学通报. 1987(06)
本文编号：3360168
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