銅氧化物高溫超導(dǎo)電性作為凝聚態(tài)物理學(xué)的一顆明珠,其形成機(jī)理一直是該領(lǐng)域的主要研究方向。三十余年的研究表明,銅氧化物高溫超導(dǎo)體普遍具有復(fù)雜的電子態(tài)相圖,并展現(xiàn)出正常態(tài)贗能隙和超導(dǎo)d波配對(duì)對(duì)稱性的特征。為了直接研究高溫超導(dǎo)的本征性質(zhì)并探究其與共存電荷序的關(guān)系,在本論文中,我們結(jié)合氧化物分子束外延（O-MBE）與掃描隧道顯微鏡（STM）技術(shù)對(duì)銅氧化物薄膜進(jìn)行了原位的制備與表征,得到的主要結(jié)果如下。銅基高溫超導(dǎo)體普遍具有層狀的結(jié)構(gòu),作為高溫超導(dǎo)核心的CuO₂面通常位于重?fù)诫s的電荷庫層之間。為了直接探測(cè)超導(dǎo)的性質(zhì),我們利用O-MBE技術(shù)自下而上的在Bi₂Sr₂Ca Cu₂O_8+d單晶襯底上外延生長了高質(zhì)量的CuO₂薄膜。原位STM測(cè)量顯示超導(dǎo)能隙與贗能隙是分離的,這說明二者并無關(guān)聯(lián)。更重要的是,CuO₂薄膜上的超導(dǎo)能隙具有“U”型特征,其對(duì)雜質(zhì)的響應(yīng)與傳統(tǒng)s波配對(duì)的BCS超導(dǎo)體一致。據(jù)此我們推測(cè)銅基高溫超導(dǎo)體并非d波配對(duì),而是由調(diào)制摻雜機(jī)理所導(dǎo)... 

【文章來源】：清華大學(xué)北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

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H.K.Onnes與低溫下Hg的超導(dǎo)現(xiàn)象

第一章引言2場(chǎng)始終保持進(jìn)入理想導(dǎo)體時(shí)的狀態(tài)。即便撤除外加磁場(chǎng)，導(dǎo)體內(nèi)的磁場(chǎng)也不會(huì)消失。圖1.2理想導(dǎo)體與超導(dǎo)體的磁性。（a）理想導(dǎo)體：磁場(chǎng)與歷史有關(guān)，體內(nèi)磁場(chǎng)始終保持進(jìn)入理想導(dǎo)體時(shí)的狀態(tài)。（b）超導(dǎo)體：磁性與歷史無關(guān)，體內(nèi)磁場(chǎng)始終為零。對(duì)Pb、Sn超導(dǎo)圓柱的研究則揭示了另外的行為。實(shí)驗(yàn)表明，無論施加磁場(chǎng)時(shí)樣品的狀態(tài)如何，超導(dǎo)體內(nèi)部的磁場(chǎng)始終為零。與理想導(dǎo)體不同的是，即便在磁場(chǎng)中進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)，超導(dǎo)體內(nèi)部仍然沒有磁場(chǎng)，與加磁場(chǎng)的歷史無關(guān)。這就是邁斯納效應(yīng)。零電阻與邁斯納效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)極大的激發(fā)了超導(dǎo)研究的熱情。倫敦兄弟于1935年指出，超導(dǎo)體內(nèi)的微觀電磁性質(zhì)可由兩方程描述，統(tǒng)稱為London方程[3]：=)+ (11)=)+× (12)其中式（1-1）描述了超導(dǎo)體的零電阻特性，可以看做超導(dǎo)電子所遵循的牛頓第二定律，也稱為London第一方程；式（1-2）則描述了超導(dǎo)體的抗磁性，稱為London第二方程。需要注意的是，London方程是根據(jù)超導(dǎo)體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果而建立的。它只是對(duì)普通電磁學(xué)方程的限制，并非是由超導(dǎo)體的基本性質(zhì)推導(dǎo)而來。因此London方程并不能“說明”超導(dǎo)電性的產(chǎn)生。對(duì)超導(dǎo)電性認(rèn)識(shí)的下一個(gè)進(jìn)展來自于超導(dǎo)凝聚能的確定。相較于正常態(tài)，超導(dǎo)體的準(zhǔn)粒子激發(fā)具有能隙D，大小為kTc量級(jí)。為解釋實(shí)驗(yàn)中超導(dǎo)體熱電效應(yīng)的缺失，超導(dǎo)能隙的概念最早由Daunt與Mendelssohn提出[4]。在隨后的研究中，

Keesom與Onnes就發(fā)現(xiàn)Tc上下Pb的X射線衍射（X-Rayscattering，XRD）圖像沒有變化[10]。隨后，Wilkinson于1955年測(cè)量了Pb與Nb的中子散射。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Tc上下材料晶格的點(diǎn)陣振動(dòng)也沒有明顯的變化[11]。他們還進(jìn)一步測(cè)量了Sn在正常態(tài)與超導(dǎo)態(tài)時(shí)的熱中子總散射截面。結(jié)果表明，在1%精度范圍內(nèi)散射截面相等。1962年，Wiedemann利用Mssbauer效應(yīng)測(cè)得的Sn在正常態(tài)和超導(dǎo)態(tài)的Debye-Waller因子也表明超導(dǎo)相變不影響晶格點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)和振動(dòng)。這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象排除了晶格結(jié)構(gòu)相變引發(fā)超導(dǎo)相變的可能，說明超導(dǎo)相變只涉及電子氣狀態(tài)的改變。圖1.3超導(dǎo)同位素效應(yīng)與庫珀對(duì)示意圖。（a）Hg的同位素效應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果[12]。（b）庫珀對(duì)示意圖。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]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)
[2]Bi2Sr2CaCu2O8+δ襯底上單層銅氧化物外延薄膜的超導(dǎo)配對(duì)機(jī)理研究（英文）[J]. 仲勇,王旸,韓廈,呂衍鳳,王文琳,張定,丁浩,張一民,王立莉,何珂,Ruidan Zhong,John A.Schneeloch,顧根大,宋燦立,馬旭村,薛其坤.  Science Bulletin. 2016(16)
[3]In situ carrier tuning in high temperature superconductor Bi2Sr2CaCu2O8+δ by potassium deposition[J]. Yuxiao Zhang,Cheng Hu,Yong Hu,Lin Zhao,Ying Ding,Xuan Sun,Aiji Liang,Yan Zhang,Shaolong He,Defa Liu,Li Yu,Guodong Liu,Xiaoli Dong,Genda Gu,Chuangtian Chen,Zuyan Xu,Xingjiang Zhou.  Science Bulletin. 2016(13)
[4]SUPERCONDUCTIVITY ABOVE LIQUID NITROGEN TEMPERATURE IN Ba-Y-Cu OXIDES[J]. 趙忠賢,陳立泉,楊乾聲,黃玉珍,陳賡華,唐汝明,劉貴榮,崔長庚,陳烈,王連忠,郭樹權(quán),李山林,畢建清.  Science Bulletin. 1987(10)



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