本文選題：鐵基超導(dǎo)體　切入點(diǎn)：角分辨光電子能譜　出處：《中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：超導(dǎo)作為一種新奇的宏觀量子現(xiàn)象,自從被發(fā)現(xiàn)開(kāi)始,就成為凝聚態(tài)物理學(xué)研究中的熱點(diǎn)之一,超導(dǎo)電性以其獨(dú)特的魅力持續(xù)不斷地吸引著實(shí)驗(yàn)和理論科學(xué)家的關(guān)注。銅氧高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn),更是將非常規(guī)超導(dǎo)的探索和機(jī)理研究推向整個(gè)凝聚態(tài)物理學(xué)領(lǐng)域研究的最前沿。時(shí)至今日,尋找超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度更高的超導(dǎo)體和理論上解答高溫超導(dǎo)電性的機(jī)理仍然是凝聚態(tài)物理學(xué)研究中最重要的問(wèn)題之一。角分辨光電子能譜(ARPES)技術(shù)由于可以直觀的探測(cè)材料內(nèi)部電子動(dòng)量與能量之間的依賴關(guān)系,即材料中能帶結(jié)構(gòu)的色散關(guān)系,已成為凝聚態(tài)物理學(xué)特別是高溫超導(dǎo)研究中最為重要的實(shí)驗(yàn)手段之一。2008年發(fā)現(xiàn)的鐵基超導(dǎo)體,是目前為止人們所發(fā)現(xiàn)的第二類高溫超導(dǎo)材料。鐵基超導(dǎo)的發(fā)現(xiàn),迅速引起了對(duì)高溫超導(dǎo)研究的一股新熱潮,同時(shí)也為高溫超導(dǎo)研究領(lǐng)域開(kāi)辟了一條新的道路。鐵基超導(dǎo)機(jī)理的研究,是高溫超導(dǎo)機(jī)理研究中的一個(gè)重要組成部分,理解其豐富的物理內(nèi)涵對(duì)整個(gè)凝聚態(tài)物理研究都會(huì)產(chǎn)生非常重要的影響。研究高溫超導(dǎo)機(jī)理,就是要從根源上找出導(dǎo)致超導(dǎo)電子配對(duì)的原因,并給出準(zhǔn)確的理論描述,并在此基礎(chǔ)上預(yù)言新的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。對(duì)于鐵基超導(dǎo)體,目前理論方面兩種主流觀點(diǎn)的分歧點(diǎn)主要集中在鐵基超導(dǎo)體電子的關(guān)聯(lián)強(qiáng)度。在鐵基超導(dǎo)體發(fā)現(xiàn)伊始,這一差別使得大家對(duì)是否可以將鐵基超導(dǎo)體(及其母體化合物)看作強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系產(chǎn)生了疑問(wèn)。但是隨著鐵硒化合物的發(fā)現(xiàn),弱關(guān)聯(lián)的理論越來(lái)越受到挑戰(zhàn)。要對(duì)鐵基超導(dǎo)體的電子關(guān)聯(lián)強(qiáng)度進(jìn)行深入研究,一個(gè)不可或缺的途徑是研究其電子結(jié)構(gòu)。角分辨光電子能譜技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)固體材料電子結(jié)構(gòu)最直接有效的探測(cè),所以我們利用角分辨光電子能譜技術(shù),從電子的局域相互作用和巡游機(jī)制的角度出發(fā)對(duì)鐵基高溫超導(dǎo)體“Na-111"體系的電子結(jié)構(gòu)所進(jìn)行了系統(tǒng)研究。第一章開(kāi)始,我們首先簡(jiǎn)單介紹了一下光電效應(yīng),并對(duì)從晶體中逸出的光電子進(jìn)行了理論介紹：之后我們介紹了我們組內(nèi)的角分辨光電子能譜譜儀及其它相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備以及平時(shí)我們進(jìn)行ARPES實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)流程和方法。最后簡(jiǎn)要介紹了一下我們組正在發(fā)展的一種先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)手段:Pump-probe,利用這種先激發(fā)后探測(cè)的全新實(shí)驗(yàn)手段我們可以測(cè)量材料費(fèi)米能級(jí)以上未占據(jù)態(tài)的電子結(jié)構(gòu)信息,從而可以獲得更多材料晶格電子自旋甚至電荷動(dòng)力學(xué)的相關(guān)信息。在第二章中,我們首先簡(jiǎn)單的介紹了一下超導(dǎo)發(fā)現(xiàn)的歷史,相關(guān)的理論進(jìn)展,以及最先發(fā)現(xiàn)的高溫超導(dǎo)體銅氧超導(dǎo)體。然后我們介紹了鐵基超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)過(guò)程,并從晶體結(jié)構(gòu)和相圖的角度出發(fā)介紹了目前為止所發(fā)現(xiàn)的4類主要的鐵基超導(dǎo)體。之后簡(jiǎn)單的介紹了銅氧超導(dǎo)體和鐵基超導(dǎo)體之間的異同點(diǎn)。同時(shí)對(duì)本文中我們所要研究的體系的母體化合物NaFeAs的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹,最后我們回顧了目前兩種主流的鐵基超導(dǎo)理論：局域相互作用機(jī)制和巡游機(jī)制。在第三章中我們測(cè)量了一系列Co摻雜NaFeAs樣品(x=0.028,0.061,0.075,0.109),我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)整體上電子能帶的色散隨著摻雜沒(méi)有明顯的變化,Co摻雜的基本作用是引入電子型載流子,增加載流子濃度。與銅基高溫超導(dǎo)材料的載流子摻雜效應(yīng)非常不同,鐵基超導(dǎo)材料中這種載流子濃度的增加并沒(méi)有改變局域的電子關(guān)聯(lián)強(qiáng)度。我們的研究結(jié)果表明這個(gè)體系里超導(dǎo)隨摻雜的消失與載流子濃度增加引起的費(fèi)米面結(jié)構(gòu)變化有關(guān)。同時(shí),我們發(fā)現(xiàn)過(guò)摻雜非超導(dǎo)NaFe1-xCoxAs樣品的費(fèi)米面結(jié)構(gòu)與超導(dǎo)KFe2Se2的費(fèi)米面結(jié)構(gòu)非常類似,進(jìn)一步比較表明,這兩種材料中截然不同的超導(dǎo)電性可能與其中載流子的巡游性與局域電子關(guān)聯(lián)強(qiáng)度之間的平衡有密切關(guān)系。第四章我們測(cè)量了一系列Cu摻雜的NaFeAs樣品(NaFe1-xCuxAs, x= 0.019,0.045,0.14),我們發(fā)現(xiàn)Cu摻雜引入了額外的電子載流子,在重?fù)诫s區(qū)域,布里淵區(qū)中間處空穴口袋消失,而一個(gè)新的電子口袋會(huì)出現(xiàn)。整體上電子能帶的色散隨著摻雜沒(méi)有明顯的變化,說(shuō)明Cu的摻雜沒(méi)有改變局域的電子關(guān)聯(lián)。對(duì)載流子濃度的計(jì)算表明,隨著Cu摻雜的增加,每個(gè)Cu貢獻(xiàn)的額外電子載流子呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)。此外,費(fèi)米能級(jí)附近的電子態(tài)隨著摻雜濃度的增加而減少,這是由于Cu的摻雜導(dǎo)致了雜質(zhì)帶的出現(xiàn),使得態(tài)密度發(fā)生轉(zhuǎn)移。這解釋了為什么NaFe1-xCuxAs在高摻雜區(qū)電阻比較大。
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【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O511.3

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1 崔勝濤;鈦基超導(dǎo)體“Na-111”體系電子結(jié)構(gòu)的角分辨光電子譜研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

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本文編號(hào)：1592320