銅氧化物高溫超導體的發(fā)現(xiàn)引發(fā)了高溫超導研究的熱潮,并一直持續(xù)至今。尋找具有新結構和新體系的高Tc超導體始終是超導研究中的前沿。高壓的手段在其中發(fā)揮著重要的作用。同時,自高溫超導發(fā)現(xiàn)以來,層狀材料便因其準二維特性和豐富新穎的物理內容而被廣泛研究。本論文主要利用高溫高壓的實驗手段制備和發(fā)現(xiàn)了新型特殊結構的銅氧化物高溫超導體及幾種新型層狀材料,并對這些新材料的結構和物性進行了系統(tǒng)研究。主要內容包括:(1)銅氧化物高溫超導體的微觀機制目前仍然是凝聚態(tài)物理中最大的挑戰(zhàn)之一。銅基超導體結晶為層狀鈣鈦礦結構,典型特征是二維的[CuO_2]平面。由于Cu~(2+)的強Jahn-Teller效應,銅的配位八面體將沿著c方向被拉長,兩個e_g軌道將進一步劈裂成能量更高的3dx~2-y~2和能量較低的3d3z~2-r~2軌道,這些特征以及Cu的電子強關聯(lián)特性構成了銅基超導的獨特特征。發(fā)現(xiàn)并研究具有新結構和新性質的銅氧化物高溫超導體無論對豐富材料體系還是探索超導機制都具有重要的推動作用。我們利用6-8二級推進高壓裝置在高壓下制備和發(fā)現(xiàn)了新型Ba_2CuO_（3+δ）超導體,它具有La_2CuO_4結構,最高Tc超過70K。軟X射線吸收譜實驗表明Ba_2CuO_（3+δ）中空穴濃度處于過摻雜區(qū)。然而,與目前已知的空穴型銅基超導體不同,在新型Ba_2CuO_（3+δ）超導體中Cu與頂角氧距離僅有1.861(8)A,而面內Cu-0鍵長達到了 2.0015(2)?,這使得它擁有一個被壓縮的八面體。在壓縮的八面體中,Cu3d3z~2-r~2軌道能量將高于3dx~2-y~2軌道,這意味著費米面附近將呈現(xiàn)出不可忽略的3d3z~2-r~2軌道特征,這使得Ba_2CuO_（3+δ）中很可能存在多種配對對稱性,并具有更強的三維特征。即便具有2.0015(2)?的Cu-0鍵長、壓縮的八面體,以及過摻雜載流子濃度,Ba_2CuO_（3+δ）仍然表現(xiàn)出了超過70K的超導電性,遠高于La_(2-x)Sr_xCuO_4體系。Ba_2CuO_（3+δ）中新穎的結構構型和超導特征將對更深入理解銅氧化物高溫超導材料提供了新的視角。(2)新型層狀銅氧化物材料因為豐富的結構和潛在的超導電性而受到人們的關注。利用高溫高壓的方法,制備和發(fā)現(xiàn)了包含[CuO_2]平面和反螢石型[Cu_2Se_2]層的新型層狀氧硒化物Ba_2CuO_2Cu_2Se_2,這為通過高壓的獨特手段進一步制備具有[CuO_2]平面和其他層狀結構如[Fe2As2]層的新型銅氧化物復合材料拓展了思路。我們對它的結構、磁性、輸運等物性進行了系統(tǒng)研究。該新材料結晶為四方結構,空間群為I4/mmm。其晶格常數(shù)a=b=4.0908(9)A,c=19.6785(5)A,銅氧面內的Cu-0鍵長為2.O_454 A。電阻率測量實驗表明Ba_2CuO_2Cu_2Se_2為半導體,由于在[Cu_2Se_2]層向[CuO_2]平面之間存在電子轉移,其室溫電阻非常小～18 mQ-cm。磁化率測量和低溫中子數(shù)據(jù)均表明該材料在2K溫度以上表現(xiàn)為順磁性。理論計算表明其費米面附近態(tài)密度主要來自于Se的4p電子,過大的Cu-0鍵長導致其最近鄰Cu-Cu之間關聯(lián)較弱。高壓結構研究發(fā)現(xiàn)64GPaBa_2CuO_2Cu_2Se_2范圍內其結構保持穩(wěn)定,沒有發(fā)生結構相變,壓力效應研究表明高壓下呈現(xiàn)出復雜的電阻變化行為,49GPa時出現(xiàn)了疑似超導轉變。(3)高壓對于探索新材料和新結構以及內在的新物理具有非常重要的作用。在高壓下制備和發(fā)現(xiàn)了兩種新材料:Ba_2CuO_2Ag_2Se_2和PbCr_(0.67)W_(0.33)O_3。Ba_2CuO_2Ag_2Se_2具有和 Ba_2CuO_2Cu_2Se_2相同的層狀結構,[CuO_2]平面和[Ag_2Se_2]層交替堆垛形成空間群為I4/mmm的四方結構,其晶格常數(shù)a=b=4.25244(4)A c= 20.1072(2)?。與Ba_2CuO_2Cu_2Se_2不同,Ba_2CuO_2Ag_2Se_2呈現(xiàn)出金屬導電行為,這可能與[Ag_2Se_2]層的Ag空位有關。Ba_2CuO_2Ag_2Se_2擁有更大的Cu-0鍵長,因此具有較弱的Cu-0雜化程度,相比Ba_2CuO_2Cu_2Se_2中[CuO_2]平面內的Cu具有更低的價態(tài),并被X射線吸收譜實驗所驗證。PbCr_(0.67)W_(0.33)O_3鈣鈦礦材料具有立方鈣鈦礦結構,在30K附近存在反鐵磁轉變,低溫下存在反鐵磁和鐵磁的競爭。低溫XRD表明其50K左右發(fā)生了結構相變,低溫下的磁有序可能與結構相變相關,我們猜測其中存在B位的2:1有序或其他有序結構。PbCr_(0.67)W_(0.33)O_3呈現(xiàn)出弛豫型鐵電行為,具有Pb~（2+）Cr~(3+)_(0.67)W~(6+)_(0.33)O_3的電荷組態(tài)。
【學位單位】：中國科學院大學(中國科學院物理研究所)
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：O511.3
【部分圖文】：

圖ｌ．ｉ逡逑圖１．１邋Ｏｎｎｅｓ發(fā)現(xiàn)的Ｈｇ的零電阻現(xiàn)象逡逑自從１９１１年Ｏｎｎｅｓ將Ｈｇ冷卻到４．２Ｋ后發(fā)現(xiàn)零電阻超導現(xiàn)象以來（如圖１．１），逡逑人們就開始了對超導研宄的不斷探索。１９５７年，Ｌ邋Ｂａｒｄｅｅｎ、Ｌ．邋Ｖ．邋Ｃｏｏｐｅｒ和Ｊ．邋Ｒ．逡逑Ｓｃｈｒｉｅｆｆｅｒ建ｉ立了邋ＢＣＳ理論、，＿通過電聲子相互作用，從微觀上解釋了超導庫桕對逡逑的配對機制［１］。在超導研宄的最初半個多世紀里，所發(fā)現(xiàn)的超導體主要以元素逡逑超導體和合金超導體為蟲，７；提高得十分緩慢，都屬于常規(guī)超導體，具有￥波對逡逑稱性。逡逑除了邋ＢＣＳ常規(guī)超導體之外，還有另一些ＢＣＳ理論不能解釋的非常規(guī)超導體，逡逑最早被發(fā)現(xiàn)的是重費密子超導體［２］以及有機超導體［３Ｌ但在１９８６年Ｍｉｉｌｌｅｒ和逡逑１逡逑

銅氧化物高溫超導體的[[Cu02]面基本結構和電子結構[48]

基超導體中勃的三種配位幾種常見的銅纂超導體篡占桃如圖1.4-Z,7[52].

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本文編號：2812798