過(guò)渡金屬氧化物表現(xiàn)出多種物理性質(zhì),包括高溫超導(dǎo)性,壓電性,鐵電性,磁性,多鐵性和電阻轉(zhuǎn)換特性。過(guò)渡金屬氧化物的功能特性對(duì)其電子結(jié)構(gòu)非常敏感,受到元素組成、缺陷、晶格畸變的強(qiáng)烈影響。其中,鈦氧化物由于其晶體結(jié)構(gòu)和物理/化學(xué)性質(zhì)的多樣性成為一類重要的材料體系。它涵蓋了從金屬到半導(dǎo)體和絕緣體的各種電子特性,因此可用于許多技術(shù)應(yīng)用。近年來(lái),鈦氧化物的超導(dǎo)特性引起了人們的廣泛關(guān)注,如TiO,γTi3O5,Ti4O7,其超導(dǎo)機(jī)理尚不清楚,需要進(jìn)一步研究。另外,近期發(fā)現(xiàn)的量子格里菲斯奇異性(Quantum Griffiths singularity,QGS)引起了極大的關(guān)注。高質(zhì)量TiO外延薄膜其正常態(tài)具有半導(dǎo)體特性,是研究QGS很好的材料體系。稀土金屬氧化物由于其顯著的化學(xué),熱學(xué),光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)而引起人們的廣泛關(guān)注。巖鹽結(jié)構(gòu)的LaO被認(rèn)為是嵌入在高溫超導(dǎo)層狀鈣鈦礦銅酸鹽化合物(La,M)2CuO4(M=Ba,Sr)中的載流子層,在其中起著至關(guān)重要的作用。另一方面,早期合成的LaO塊材顯示出金屬導(dǎo)電性,但由于化學(xué)穩(wěn)定性差,沒有得到進(jìn)一步的研究。利用先進(jìn)的薄膜制備工藝,有望實(shí)現(xiàn)材料的高質(zhì)量生長(zhǎng);此外,其壓力效應(yīng)也是值得研究的。在第一章中,我們總結(jié)了金屬鈦、鑭及其氧化物的晶體結(jié)構(gòu)和輸運(yùn)特性,以及鈦氧化物超導(dǎo)體和鑭氧化物超導(dǎo)體的研究進(jìn)展;并介紹了超導(dǎo)體中的量子相變行為,尤其是近年來(lái)QGS的研究進(jìn)展。在第二章中,我們利用脈沖激光沉積技術(shù)在藍(lán)寶石襯底上成功制備了TiO單晶薄膜,并對(duì)其超導(dǎo)特性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。TiO外延薄膜的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度較體材料得到了很大的提升,達(dá)到了7.4 K,零溫下的上臨界場(chǎng)達(dá)到13.7 T。高壓實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨著壓力的增大,正常態(tài)電阻增大,超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度降低,這可能是電子局域化加強(qiáng)導(dǎo)致的。這項(xiàng)工作將有助于理解鈦基氧化物超導(dǎo)體的超導(dǎo)機(jī)理,并實(shí)現(xiàn)更高溫度的超導(dǎo)性。在第三章中,系統(tǒng)研究了TiO外延薄膜的電流-電壓特性和臨界電流密度特性。電流-電壓的標(biāo)度行為符合準(zhǔn)二維的渦旋玻璃轉(zhuǎn)變理論;不同磁場(chǎng)下,臨界電流密度與溫度的關(guān)系表明其釘扎機(jī)制是以δl釘扎占主導(dǎo),這可能是由晶界導(dǎo)致的。此外,還觀察到渦旋釘扎力歸一化場(chǎng)依賴關(guān)系的標(biāo)度行為。在第四章中,我們研究了 TiO薄膜中厚度和磁場(chǎng)調(diào)制的具有QGS的超導(dǎo)-絕緣體相變行為。薄膜厚度調(diào)制的超導(dǎo)-絕緣體轉(zhuǎn)變與與載流子濃度的降低和局域性的增強(qiáng)有關(guān)。通過(guò)研究不同厚度氧化鈦薄膜的低溫電輸運(yùn)特性,觀察到到了動(dòng)態(tài)臨界指數(shù)隨磁場(chǎng)發(fā)散的超導(dǎo)-絕緣體轉(zhuǎn)變行為,它表現(xiàn)出弱絕緣態(tài)對(duì)QGS的抑制作用。這一發(fā)現(xiàn)將QGS從超導(dǎo)-金屬轉(zhuǎn)變系統(tǒng)擴(kuò)展到超導(dǎo)-絕緣體轉(zhuǎn)變系統(tǒng)。在第五章中,利用脈沖激光沉積技術(shù),在YAlO3和LaAlO3單晶襯底上制備出外延生長(zhǎng)的金屬La和LaO薄膜。系統(tǒng)地研究了其超導(dǎo)電性以及在靜水壓力最大為2 GPa下的超導(dǎo)性能。對(duì)于金屬La薄膜,隨著壓力的增大,超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度逐漸減小,正態(tài)電阻率增大。而對(duì)于LaO薄膜,隨著壓力的增大,超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度逐漸增大,而超導(dǎo)轉(zhuǎn)變附近的正常狀態(tài)電阻率先減小后增大。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ133.3;O511.2;TQ134.11
【部分圖文】：

第一章鈦、鑭及其氧化物的超導(dǎo)電性和量子相變研宄??章鈦、鑭及其氧化物的超導(dǎo)電性和置子相變研究??１９１１年ＨｅｉｋｅＫａｍｅｒｌｉｎｇＯｎｎｅｓ發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)以來(lái)［１］，實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)成想。雖然１９５７建立的Ｂａｒｄｅｅｎ－Ｃｏｏｐｅｒ－Ｓｃｈｒｉｅｆｆｅｒ（ＢＣＳ）理論己經(jīng)成理論框架，但是預(yù)測(cè)超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度仍然是一個(gè)十分困難的問(wèn)題［２］。新的超導(dǎo)體就像在大海里航行而沒有精確的羅盤，研宄者必須依靠家所說(shuō)的前行。從這個(gè)角度講，尋找高溫超導(dǎo)體是一項(xiàng)真正具有挑?ａ??ｔ?＾?ｙ＇?１?■?＂?ｉ＂?＾?Ｉ?＾?ｉ??１１??

圖１．２含有特定元素的超導(dǎo)家族及其晶體結(jié)構(gòu)，包括鐵基超導(dǎo)體、銅氧化物高溫超導(dǎo)體、鉻??基超導(dǎo)體和富氫超導(dǎo)體。??在超導(dǎo)體的探索過(guò)程中，一些元素在其中起著至關(guān)重要的作用，如圖１．２所??示：以Ｃｕ為基礎(chǔ)的銅氧化物超導(dǎo)體，以Ｆｅ為基礎(chǔ)的鐵基超導(dǎo)體，以Ｃｒ?yàn)榛A(chǔ)??的鉻基超導(dǎo)體，以及以Ｈ為基礎(chǔ)的富氫超導(dǎo)體，最近研究者又在設(shè)計(jì)Ｎｉ基、Ｃｏ??基等超導(dǎo)材料［２０］。此外，Ｔｉ和Ｌａ元素存在于各類超導(dǎo)體中，在鐵基、銅基超??導(dǎo)體［４，２１，２２］，氧化物超導(dǎo)體，界面超導(dǎo)［２３－２５］和富氫超導(dǎo)體［】２，２６］中起著重要??的作用。Ｔｉ與Ｆｅ、Ｃｕ—樣同屬第一過(guò)渡系元素，其電子性質(zhì)豐富多樣，此外，??２??

ＳｒＦｅ－．Ａｓ：?ＹＢａ２Ｃｕ３０７??圖１．２含有特定元素的超導(dǎo)家族及其晶體結(jié)構(gòu)，包括鐵基超導(dǎo)體、銅氧化物高溫超導(dǎo)體、鉻??基超導(dǎo)體和富氫超導(dǎo)體。??在超導(dǎo)體的探索過(guò)程中，一些元素在其中起著至關(guān)重要的作用，如圖１．２所??示：以Ｃｕ為基礎(chǔ)的銅氧化物超導(dǎo)體，以Ｆｅ為基礎(chǔ)的鐵基超導(dǎo)體，以Ｃｒ?yàn)榛A(chǔ)??的鉻基超導(dǎo)體，以及以Ｈ為基礎(chǔ)的富氫超導(dǎo)體，最近研究者又在設(shè)計(jì)Ｎｉ基、Ｃｏ??基等超導(dǎo)材料［２０］。此外，Ｔｉ和Ｌａ元素存在于各類超導(dǎo)體中，在鐵基、銅基超??導(dǎo)體［４，２１，２２］，氧化物超導(dǎo)體，界面超導(dǎo)［２３－２５］和富氫超導(dǎo)體［】２，２６］中起著重要??的作用。Ｔｉ與Ｆｅ、Ｃｕ—樣同屬第一過(guò)渡系元素，其電子性質(zhì)豐富多樣，此外，??２??
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