LaRu_3Si_2,Bi_4O_4S_3超导体和SmB_6近藤拓扑绝缘体性质研究

发布时间：2017-03-21 13:12

  本文关键词：LaRu_3Si_2,Bi_4O_4S_3超导体和SmB_6近藤拓扑绝缘体性质研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：凝聚态物理研究对象包含了各种各样新奇的物理材料。材料的关联性和偏离费米液体描述是当今凝聚态物理的重要研究方向。本论文是关于Kagome格子超导体和SmB6的研究。前者具有自旋阻错行为,被认为有较强的自旋涨落,具有产生高温超导电性的机会。而SmB6是具有近藤特性的材料,最近又发现具有Dirac电子特性的表面态,因此备受关注。这篇论文将以这两类材料为研究对象进行深入的研究。论文首先介绍了超导研究的基本发展历史,相关的超导理论,以及本论文研究的超导材料相关的物理背景,进一步还介绍了拓扑绝缘体和Kondo型拓扑绝缘体。第二章描述了低温比热测量方法和实验装置。论文的第三章介绍了层状的过渡金属化合物LaRu3Si2系列材料的超导性质。这一材料是六角结构,包含了过渡金属Ru构成的kagome格子,由于kagome格子所具有本征的自旋阻挫,可能使材料具有新颖物理性质。对其的电输运性质和比热的测量我们可以得出它可能是s波超导体,而通过对Ru位进行Fe和Co的掺杂我们发现很显著的不同超导压制行为,Fe杂质引入了很强的局域磁矩而Co杂质则不然。并且结合理论计算得出Fe是磁性杂质而Co则作为非磁性杂质,这也从另一方面说明该超导体是s波配对的。我们还研究了另外一种相同结构的超导体Ba2/3Pt3B2,输运测量表明该材料的性质与LaRu3S12相似,并且通过计算我们得出其Wilson率高达34,表明了这一样品具有很强的关联性,我们将在文中对这一结果进行讨论。论文的第四章介绍了新发现的BiS2基超导体Bi4O4S3的输运和隧道谱研究结果。在对B14O4S3的磁场下电阻测量发现它存在很大的磁阻和较高磁场下电阻温度曲线出现类绝缘体的低温上翘行为。另外磁场下超导零电阻性被完全压制后,电阻曲线仍然存在拐点,在相图中得到了一个非常大的超导涨落区域。对于该样品的隧道谱测量得到的平均超导能隙值为3 meV,对应的比例△/kbTc的值为17,是BCS理论弱耦合结果的5倍。而且隧道谱在温度高于Tc和磁场大于上临界场的情况下仍然有超导样能隙特征的存在,验证了输运数据中的很强的超导涨落的物理图像。在该材料中发现的如此强的超导涨落和强耦合特性证明这一材料中可能的奇异超导配对对称性。论文的第五章介绍了新型的Kondo拓扑绝缘体SmB6的合成和输运特性。我们用电弧炉合成了高质量的SmB6单晶样品。测量得到的电阻曲线随温度降低而电阻升高,证明其体态是绝缘特性的。而电阻在低温下没有无限升高而出现了电阻接近饱和的现象,证明了样品可能存在导电良好表面态。通过角分辨光电子谱的测量,我们验证了SmB6中表面态的存在,表明SmB6确实是新型的kondo型拓扑绝缘体。因此这一材料包含了新颖的物理特性,为研究拓扑绝缘体提供了新的素材。最后一章给出了论文总结。
【关键词】：非常规超导 Kagome格子 BiS_2基超导体 Kondo拓扑绝缘体
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O611.3
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 引言10-27
• 1.1 超导基本发展史10-13
• 1.2 BCS理论13-14
• 1.3 费米液体和非费米液体行为14-15
• 1.4 晶体磁性15-20
• 1.4.1 交换相互作用15-16
• 1.4.2 铁磁16-17
• 1.4.3 反铁磁17-18
• 1.4.4 自旋阻挫18-20
• 1.5 金属中的磁性20-22
• 1.5.1 Pauli顺磁20-21
• 1.5.2 Kondo效应21-22
• 1.6 拓扑绝缘体22-24
• 参考文献24-27
• 第二章 比热测量及数据处理27-33
• 参考文献32-33
• 第三章 LaRu_3Si_2系列超导体物性研究33-60
• 3.1 LaRu_3Si_2超导体物性研究33-41
• 3.1.1 实验方法和样品表征34
• 3.1.2 实验结果和讨论34-41
• 3.2 LaRu_3Si_2杂质态研究41-50
• 3.2.1 样品制备和表征41-50
• 3.3 Ba_(2/3)Pt_3B_2的超导性质的研究50-53
• 3.3.1 样品制备和表征50
• 3.3.2 物性测量及其结果50-53
• 3.4 小结53-55
• 参考文献55-60
• 第四章 Bi_4O_4S_3超导性质研究60-81
• 4.1 样品制备61
• 4.2 数据采集及结果分析61-73
• 4.3 小结73-74
• 参考文献74-81
• 第五章 Kondo型拓扑绝缘体81-91
• 5.1 SmB_6样品的合成82-83
• 5.2 实验结果及讨论83-88
• 5.3 小结88-89
• 参考文献89-91
• 第六章 论文总结91-93
• 发表论文93-95
• 致谢95-96

  本文关键词：LaRu_3Si_2,Bi_4O_4S_3超导体和SmB_6近藤拓扑绝缘体性质研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：259703