【摘要】：銅氧化物高溫超導(dǎo)體表現(xiàn)出奇特的正常態(tài)物理性質(zhì)和超導(dǎo)特性,對(duì)現(xiàn)有的凝聚態(tài)物理理論提出了挑戰(zhàn),為建立新的多體量子理論和超導(dǎo)理論提供了機(jī)會(huì)。對(duì)銅氧化物電子結(jié)構(gòu)的深入研究,是理解其奇異正常態(tài)和超導(dǎo)機(jī)理的前提和基礎(chǔ)。本論文采用高分辨角分辨光電子能譜技術(shù),研究了銅氧化物高溫超導(dǎo)體Bi2_xPbxSr2CaCu208+δ(Pb-Bi2212)的電子結(jié)構(gòu)。論文主要包括以下幾個(gè)部分:1.簡(jiǎn)要介紹了超導(dǎo)材料和超導(dǎo)物理的研究背景,重點(diǎn)介紹了銅氧化物高溫超導(dǎo)體的研究進(jìn)展,詳細(xì)總結(jié)和討論了角分辨光電子能譜對(duì)Bi2212單晶的能隙、贗能隙、多體相互作用等的研究狀況。2.角分辨光電子能譜原理、實(shí)驗(yàn)技術(shù)和真空紫外激光角分辨光電子能譜設(shè)備。介紹了角分辨光電子能譜原理和相關(guān)理論,以及角分辨光電子能譜系統(tǒng)的構(gòu)成。重點(diǎn)介紹了所在實(shí)驗(yàn)室的真空紫外激光角分辨光電子能譜儀,包括基于飛行時(shí)間能量分析器的角分辨光電子能譜儀、自旋分辨角分辨光電子能譜儀、大動(dòng)量極低溫深紫外激光角分辨光電子能譜儀,以及世界上一些其它角分辨光電子能譜儀。3.高質(zhì)量系列摻Pb的Bi2212單晶的生長(zhǎng)和表征。利用移行溶劑浮區(qū)法成功生長(zhǎng)出不同Pb含量的Bi2_xPbxSr2CaCu208+δ高質(zhì)量單晶(x=0～0.8),對(duì)生長(zhǎng)出的多種組分的單晶進(jìn)行了成分、晶體結(jié)構(gòu)、超導(dǎo)性質(zhì)的表征,為后續(xù)研究提供了材料基礎(chǔ)。4.利用高分辨角分辨光電子能譜和透射電子顯微鏡,系統(tǒng)全面地研究了Bi2212中電子結(jié)構(gòu)和超結(jié)構(gòu)隨Pb含量的演變,為超結(jié)構(gòu)的本征起源提供了重要證據(jù)。角分辨光電子能譜對(duì)Pb-Bi2212的超結(jié)構(gòu)測(cè)量發(fā)現(xiàn),沿著Γ-Y方向的超結(jié)構(gòu)波矢Q的大小隨著Pb含量的增加而減小,超結(jié)構(gòu)能帶的強(qiáng)度隨著Pb含量的增加而減弱,在x～0.80時(shí)超結(jié)構(gòu)接近徹底消失。這些結(jié)果和透射電子顯微鏡對(duì)超結(jié)構(gòu)直接測(cè)量的結(jié)果一致。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),超結(jié)構(gòu)能帶相對(duì)于主能帶的強(qiáng)度依賴于光子能量,在10.897 eV激光下,超結(jié)構(gòu)強(qiáng)度甚至高于主能帶強(qiáng)度。該結(jié)果表明,超結(jié)構(gòu)能帶是來(lái)自于Cu02面的本征能帶,而不是Cu02面的光電子經(jīng)過(guò)BiO面被衍射的結(jié)果。Bi2212摻Pb能夠抑制超結(jié)構(gòu),在摻Pb含量為0.8時(shí)超結(jié)構(gòu)幾乎完全消失,這樣組分的高質(zhì)量單晶樣品的獲得,為一些嚴(yán)苛的角分辨光電子能譜實(shí)驗(yàn)的開展奠定了基礎(chǔ)。5.首次發(fā)現(xiàn)超結(jié)構(gòu)與主能帶在超導(dǎo)態(tài)發(fā)生Bogliubov雜化。利用飛行時(shí)間角分辨光電子能譜儀具有二維動(dòng)量探測(cè)的優(yōu)勢(shì),第一次發(fā)現(xiàn)Bi2212的主能帶和超結(jié)構(gòu)能帶,在動(dòng)量空間正常態(tài)相交的區(qū)域,在超導(dǎo)態(tài)發(fā)生Bogliubov雜化。理論模擬表明,Bogliubov雜化與兩個(gè)能帶的能隙大小不同有關(guān),可能會(huì)對(duì)超導(dǎo)電性有一定的影響。這一現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),對(duì)超結(jié)構(gòu)能帶的起源提供了決定性的證據(jù),證明它是來(lái)源于CuO2面的本征能帶,而不是由于非公度調(diào)制結(jié)構(gòu)的衍射產(chǎn)生的。6.利用角分辨光電子能譜結(jié)合Eliashberg方程探索解析銅氧化物高溫超導(dǎo)體配對(duì)相互作用譜函數(shù)的新途徑。BCS理論指出,在傳統(tǒng)超導(dǎo)體中,聲子作為媒介引起電子配對(duì),從Pb的隧道譜實(shí)驗(yàn)譜中解析出配對(duì)Eliashberg函數(shù),對(duì)最終從實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證BCS超導(dǎo)理論起到?jīng)Q定性作用。對(duì)于具有d-波超導(dǎo)能隙的銅氧化物高溫超導(dǎo)體,配對(duì)Eliashberg函數(shù)的解析對(duì)理解其高溫超導(dǎo)機(jī)理具有重要作用。利用最新研制的飛行時(shí)間角分辨光電子能譜儀的高分辨、信號(hào)高保真的優(yōu)勢(shì),我們提出了解析配對(duì)相互作用譜函數(shù)的新的方案。通過(guò)對(duì)最佳摻雜Bi2Sr2CaCu208+δ進(jìn)行不同溫度的測(cè)量,我們發(fā)現(xiàn)在能隙以外表現(xiàn)出精細(xì)結(jié)構(gòu),并且這些結(jié)構(gòu)對(duì)溫度和動(dòng)量都有一定的依賴關(guān)系。結(jié)合新的方案和數(shù)據(jù)處理程序,我們提取出了正常自能和配對(duì)自能,為進(jìn)一步的深入研究和理解超導(dǎo)機(jī)理奠定了基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O511.3
【圖文】：

圖１．２邋Ｂｉ系超導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)［２］逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．２邋Ｓｉｎｇｌｅ邋ｃｒｙｓｔａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋Ｂｉ－ｂａｓｅｄ邋ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ【２Ｉ逡逑下面以典型的Ｂｉ系超導(dǎo)體為例，如圖１．２所示分別為Ｓ／２Ｓｒ２ＣＷ0６＋５邋（Ｂｉ２２０１）、逡逑所２分２（：‘《２０８＋辦（Ｂｉ２２１２）和歷２Ｓｒ２Ｃ叱Ｃｗ３０ｌｆｒｗ邋（Ｂｉ２２２３）ｃ它們都具有相同逡逑的元素組成和層狀結(jié)構(gòu)。不同的是原胞內(nèi)銅氧面?zhèn)�數(shù)的不同，它們的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫逡逑度也隨宥層數(shù)的增加而增高，另外，Ｂｉ系超導(dǎo)體兩層ＢｉＯ面之間為范德瓦爾斯逡逑力，因此極易解理形成干凈的表面，ＢｉＯ面為非極性表面，解理后不會(huì)形成表面逡逑童構(gòu)９逡逑１．２．２相圖逡逑圖１．３為銅l#化物高溫超導(dǎo)體的基本相圖，母體為反鐵磁凳特絕緣體。向母逡逑體中摻雜電子或空■穴不同載流子》都會(huì)使得反鐵磁序被抑制邋＜邋翁側(cè)為空穴型邋＜邋左逡逑側(cè)為電子型。當(dāng)摻雜到一定程度超導(dǎo)h"出現(xiàn)，一V慈銜昭ㄐ筒粼釉詵刺磐耆義媳灰種�，掺詢�(yōu)ǘ仍冢埃埃呈背薊岢魷鄭歡紓有筒粼右誆粼優(yōu)ǘ齲埃保底笥義義喜嘔岢魷鄭曳刺畔嗖⑽幢煌耆種�。哉槼个掺詢�(yōu)ǘ仁保甲湮露卻镥義系階釤刀雜Φ模翰粼優(yōu)ǘ任铞浚哂

本文編號(hào)：2770175