基于隧道谱技术探索非常规超导电子态相图
发布时间：2021-11-24 03:30
自从上世纪六十年代隧道谱技术被发明以来,其在非常规超导机理研究中表现出不可替代的作用。隧道谱具有极高的能量分辨率,是研究超导能隙、赝能隙、电子-玻色子耦合等的重要手段。在本文中,我们对若干非常规超导体系点接触隧道谱进行了系统的研究并自主设计搭建了一台组合激光分子束外延与扫描隧道显微镜联合系统。主要内容如下:（1）研究了在（Li1-xFex）OHFeSe,LiTi2O4和La1.9Ce0.1CuO4-δ体系点接触隧道谱上的非本征现象,特别是临界电流效应,并与本征的隧道谱现象如Andreev反射、多能隙、p/d波等行为进行了比较和区分,这对于辨别隧道谱中的非本征现象具有重要的参考意义。（2）研究了[001]取向LiTi2O4薄膜的电输运和隧道谱。发现LiTi2O4体系在50K以上表现为各向同性负磁阻,而在50K以下则表现为各向异性正磁阻。在超导态,能隙和磁场平方线性相关。我们认为负磁阻起因于自旋涨落或自旋轨道耦合引起的散射而正磁阻则来源于轨道相关态。进入超导态,轨道相关态与库珀对相互作用,引起了能隙与磁场的异常标度行为。（3）对比研究了[001]、[110]和[111]取向LiTi2O4薄...
【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】：141 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２：?ＳＴＭ工作原理示意图軋⑷针尖和样品之间为真空势垒
鎏嵫?裕喝唤缰校Т嬖谟?敲婺艿某??继澹?哟牛崳?场之启，样品内部会产生貴子化的磁逋涡旋，磁通线会形成周期格子。ＳＴＭ是??观测磁通行为的强有力手段（如图１．３所示）。大多数传统超导体中，磁通排列??为三角格子然而，有些特殊体系中，磁通却呈现出四方格子［１７Ｌ在ＦｅＳｅ单??晶中新奇的发现了椭圆形磁通，后被证实是超导和向列相共同作用的结果［１８１??研究磁通芯子到磁通边缘谱型的演化规律能够提供体系很多本征的行为。例如，??近期．Ｂｅｒｔｈｏｄ鲁人在ＹＢ．ａ２：２Ｃｕ３〇７－＜ｙ．．中观察：到?Ｃａｒｏｌｉ?－?ｄ．ｅ?Ｇｅｎｎｅｓ?－’Ｍａｔｒｉｅｏｎ磁通??态行为与传统超导体十分类似，因此，他们认为铜氧化物超导电性仍然可以用??平均场理论解释ｌ１９ｈ??杂质态利用ＳＴＭ研究杂质态周围隧道谱的演化是探索超导电性机理的??一个极其重要的手段。例如，Ｓ．Ｈ．Ｐａｒｉ等人在Ｂｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２０８侈中掺入Ｚｎ可以看??到沿节点方向和反节点方向能隙呈现出不同的演化规律＿。在Ｊ．Ｘ．?Ｙｉｎ等人??在Ｆｅ＿（Ｔｅ；Ｓｅ）：中＿杂质Ｆｅ位观察到稳定的零能模．，极有可能是Ｍａｊｏｒａｎａ費米子存在．??的证据［２１！？??准粒子干涉准粒子波遇到杂质或晶格缺陷引起的无序发生弹性碰撞，引起??的反射波与入射波叠加会形成￥涉条纹。利用ＳＴＭ可以直接观测到准粒子波的??干涉条纹
超导出现完全；｜８＿＿赝能隙。．１９９８＿？?Ｃ．?Ｒｅｎｎｅｒ等人测晨了欠掺杂．和最佳掺??杂Ｂｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２０８＋ａ的隧道谱，发现超导能隙平滑演化到ＴＶ之上仍能观察到，他??们认为该能隙就是赝能隙（如图１．５所示）［２４１。然而，近期Ｙ．Ｆ．Ｌｖ等人利用氩离??子轰击样品表面分别得到Ｂｉ２２１２的Ｂｉ０２面，ＳｒＯ面及Ｃｕ０２面，并测量了不同面??的隧道谱，他们发现之前测暈的赝能隙均来源于历０２面，而传统观点认为超导??来源于Ｃｕ０２，在〇１１〇２面内观察到的超导能隙远小于赝能隙（如＿１．１４所示）。因??此他们认为赝能隙和超导能隙具有不同的起源??義ｉ??！?誦??＆?：?ＴＣ＝８３．０Ｋ?＼?２９３．２Ｋ??〇?５??Ｉ．．．．?Ｉ?Ｉ．．．．?Ｉ??－２００?－１００?０?１００?２００??Ｖｓ－ｌｅ?＿??图１．５：欠掺杂Ｂｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２０＿样品不同温度隧道谱??除了以上介绍的几点，ＳＴＭ在超导研宄领域还有更多的应用，比如非弹性??隧道谱＿、自旋极化隧道谱吒直接观察其它有序相（如ＣＤＷ問、条纹相＿??等）及研宄它们与超导相之间的关系等，这些对我们全面认识超导物理具有十??分童要的意义。??１．２唯一尖晶石氧化物超导体ＬｉＴｉ２０４的研究背景??尖晶石氧化物以其特有的变价特性及阻挫晶格表现出复杂的电荷序［２９１、轨??道序＾及自旋涨落［３１］等行为。伴随这些行为出现了铁电［３２］、磁致伸缩％、多??铁＿、超导电性Ｗ、重费米子Ｗ等丰富的现象，为研究凝聚体物性提供了良??好的平台。在目前发现的近百种尖晶石氧化物中，只有极少数表现出金属特??性
【参考文献】：
期刊论文
[1]Discovery of tip induced unconventional superconductivity on Weyl semimetal[J]. He Wang,Huichao Wang,Yuqin Chen,Jiawei Luo,Zhujun Yuan,Jun Liu,Yong Wang,Shuang Jia,Xiong-Jun Liu,Jian Wei,Jian Wang. Science Bulletin. 2017(06)
[2]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)
[3]材料基因组计划中的高通量实验方法[J]. 赵继成. 科学通报. 2013(35)
本文编号：3515141
【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】：141 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２：?ＳＴＭ工作原理示意图軋⑷针尖和样品之间为真空势垒
鎏嵫?裕喝唤缰校Т嬖谟?敲婺艿某??继澹?哟牛崳?场之启，样品内部会产生貴子化的磁逋涡旋，磁通线会形成周期格子。ＳＴＭ是??观测磁通行为的强有力手段（如图１．３所示）。大多数传统超导体中，磁通排列??为三角格子然而，有些特殊体系中，磁通却呈现出四方格子［１７Ｌ在ＦｅＳｅ单??晶中新奇的发现了椭圆形磁通，后被证实是超导和向列相共同作用的结果［１８１??研究磁通芯子到磁通边缘谱型的演化规律能够提供体系很多本征的行为。例如，??近期．Ｂｅｒｔｈｏｄ鲁人在ＹＢ．ａ２：２Ｃｕ３〇７－＜ｙ．．中观察：到?Ｃａｒｏｌｉ?－?ｄ．ｅ?Ｇｅｎｎｅｓ?－’Ｍａｔｒｉｅｏｎ磁通??态行为与传统超导体十分类似，因此，他们认为铜氧化物超导电性仍然可以用??平均场理论解释ｌ１９ｈ??杂质态利用ＳＴＭ研究杂质态周围隧道谱的演化是探索超导电性机理的??一个极其重要的手段。例如，Ｓ．Ｈ．Ｐａｒｉ等人在Ｂｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２０８侈中掺入Ｚｎ可以看??到沿节点方向和反节点方向能隙呈现出不同的演化规律＿。在Ｊ．Ｘ．?Ｙｉｎ等人??在Ｆｅ＿（Ｔｅ；Ｓｅ）：中＿杂质Ｆｅ位观察到稳定的零能模．，极有可能是Ｍａｊｏｒａｎａ費米子存在．??的证据［２１！？??准粒子干涉准粒子波遇到杂质或晶格缺陷引起的无序发生弹性碰撞，引起??的反射波与入射波叠加会形成￥涉条纹。利用ＳＴＭ可以直接观测到准粒子波的??干涉条纹
超导出现完全；｜８＿＿赝能隙。．１９９８＿？?Ｃ．?Ｒｅｎｎｅｒ等人测晨了欠掺杂．和最佳掺??杂Ｂｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２０８＋ａ的隧道谱，发现超导能隙平滑演化到ＴＶ之上仍能观察到，他??们认为该能隙就是赝能隙（如图１．５所示）［２４１。然而，近期Ｙ．Ｆ．Ｌｖ等人利用氩离??子轰击样品表面分别得到Ｂｉ２２１２的Ｂｉ０２面，ＳｒＯ面及Ｃｕ０２面，并测量了不同面??的隧道谱，他们发现之前测暈的赝能隙均来源于历０２面，而传统观点认为超导??来源于Ｃｕ０２，在〇１１〇２面内观察到的超导能隙远小于赝能隙（如＿１．１４所示）。因??此他们认为赝能隙和超导能隙具有不同的起源??義ｉ??！?誦??＆?：?ＴＣ＝８３．０Ｋ?＼?２９３．２Ｋ??〇?５??Ｉ．．．．?Ｉ?Ｉ．．．．?Ｉ??－２００?－１００?０?１００?２００??Ｖｓ－ｌｅ?＿??图１．５：欠掺杂Ｂｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２０＿样品不同温度隧道谱??除了以上介绍的几点，ＳＴＭ在超导研宄领域还有更多的应用，比如非弹性??隧道谱＿、自旋极化隧道谱吒直接观察其它有序相（如ＣＤＷ問、条纹相＿??等）及研宄它们与超导相之间的关系等，这些对我们全面认识超导物理具有十??分童要的意义。??１．２唯一尖晶石氧化物超导体ＬｉＴｉ２０４的研究背景??尖晶石氧化物以其特有的变价特性及阻挫晶格表现出复杂的电荷序［２９１、轨??道序＾及自旋涨落［３１］等行为。伴随这些行为出现了铁电［３２］、磁致伸缩％、多??铁＿、超导电性Ｗ、重费米子Ｗ等丰富的现象，为研究凝聚体物性提供了良??好的平台。在目前发现的近百种尖晶石氧化物中，只有极少数表现出金属特??性
【参考文献】：
期刊论文
[1]Discovery of tip induced unconventional superconductivity on Weyl semimetal[J]. He Wang,Huichao Wang,Yuqin Chen,Jiawei Luo,Zhujun Yuan,Jun Liu,Yong Wang,Shuang Jia,Xiong-Jun Liu,Jian Wei,Jian Wang. Science Bulletin. 2017(06)
[2]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)
[3]材料基因组计划中的高通量实验方法[J]. 赵继成. 科学通报. 2013(35)
本文编号：3515141
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