本文選題：過(guò)渡金屬二硫族化合物 + 電荷密度波�。� 參考：《中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院物理研究所)》2017年博士論文

【摘要】：盡管高溫超導(dǎo)體已經(jīng)發(fā)現(xiàn)三十余年,但是對(duì)于非常規(guī)超導(dǎo)體相圖的理解仍然是一個(gè)未解之謎。超導(dǎo)態(tài)與多種有序態(tài)共存是非常規(guī)超導(dǎo)體中普遍存在的現(xiàn)象,例如反鐵磁有序、電荷密度波、自旋密度波、電子向列相、電子棋盤(pán)相以及條紋相等等,有些有序態(tài)有可能在超導(dǎo)配對(duì)中發(fā)揮了重要作用甚至直接參與配對(duì)。因此,理解多種有序態(tài)的微觀共存機(jī)制有助于理解超導(dǎo)配對(duì)機(jī)制。電荷密度波與超導(dǎo)共存的過(guò)渡金屬二硫族元素化合物是一種近似的模型系統(tǒng),可以提供很好的參照作用,為解決高溫超導(dǎo)機(jī)制問(wèn)題提供重要的參考。本文的主要內(nèi)容是利用掃描隧道顯微鏡/顯微譜從微觀尺度上對(duì)2H-NbSe_2中的超導(dǎo)與電荷密度波的關(guān)系進(jìn)行研究。作為一種常規(guī)超導(dǎo)體,2H-NbSe_2中存在著電荷密度波(CDW)與超導(dǎo)態(tài)的微觀共存,為理解非常規(guī)超導(dǎo)體系中超導(dǎo)態(tài)與其他有序態(tài)的共存提供了一個(gè)絕佳的切入點(diǎn)。用同價(jià)態(tài)的Ta原位替代Nb后,從電阻曲線上定出的CDW轉(zhuǎn)變溫度緩慢下降的同時(shí),超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度逐漸緩慢上升,二者表現(xiàn)出一定的競(jìng)爭(zhēng)性。CDW消失后,超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度也迅速下降,對(duì)樣品的剩余電阻比非常敏感。盡管電阻曲線上CDW特征已經(jīng)消失,STM形貌測(cè)量表明體系中仍然存在局域的CDW疇,也即CDW的長(zhǎng)程有序被破壞,只剩下局域的短程序。隨著進(jìn)一步摻雜,當(dāng)體系的關(guān)聯(lián)長(zhǎng)度與超導(dǎo)相干長(zhǎng)度ζ可以比擬后,系超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度迅速下降。另外在電阻曲線上CDW特征消失之前,2H-TaxNb1-xSe2進(jìn)入CDW態(tài)后表現(xiàn)出較大的線性磁阻,而且滿足科勒定則;而電阻曲線上CDW特征消失之后,2H-TaxNb1-xSe2磁阻不再滿足線性關(guān)系,而且也不再滿足科勒定則,因此線性磁阻與科勒定則與CDW長(zhǎng)程序有關(guān),通過(guò)高壓直接壓制CDW后大磁阻現(xiàn)象消失,超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度上升。通過(guò)隧道譜測(cè)量到的超導(dǎo)能隙在CDW變?nèi)鹾竺黠@增大,當(dāng)體系向"臟"極限轉(zhuǎn)變后,超導(dǎo)能隙逐漸減小。綜合這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,我們認(rèn)為2H-NbSe_2中的電荷密度波與超導(dǎo)存在多種形式的競(jìng)爭(zhēng)。2H-(Nb,Ta)Se2體系的隧道譜低能區(qū)域存在一些精細(xì)結(jié)構(gòu)特征,我們發(fā)現(xiàn)這些精細(xì)結(jié)構(gòu)的能量與理論計(jì)算的聲子態(tài)密度極大值對(duì)應(yīng)的能量、以及ARPES測(cè)量到的聲子自能修正處的能量是一致的。經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析,我們認(rèn)為這些精細(xì)結(jié)構(gòu)的特征符合非彈性電子隧穿過(guò)程的特征。一直以來(lái),大家錯(cuò)誤地認(rèn)為2H-NbSe_2隧道譜上±35mV處的拐點(diǎn)是CDW能隙,最近J.Hoffman小組認(rèn)為它是在非彈性隧穿背景上由聲子自能修正導(dǎo)致的特征,但是對(duì)更加低能的精細(xì)特征認(rèn)識(shí)存在誤區(qū),因此我們的認(rèn)識(shí)修正了長(zhǎng)久以來(lái)大家對(duì)隧道譜特征認(rèn)識(shí)的不足。另外空間精細(xì)分辨的隧道譜表明這些電聲子參與的非彈性隧穿強(qiáng)度受到實(shí)空間CDW的調(diào)制,給出了從微觀尺度對(duì)CDW進(jìn)行研究的新思路。在2H-NbSe_2樣品表面晶格畸變比較嚴(yán)重的區(qū)域,我們觀測(cè)到一種新的條紋相CDW與常見(jiàn)的3×3 CDW微觀共存,這與之前相同體系中報(bào)道的三度CDW與另一種條紋相CDW分疇的情況并不一致。這種新的條紋相CDW對(duì)電子態(tài)的影響主要在能量比較高的區(qū)域,對(duì)費(fèi)米面附近的低能電子幾乎沒(méi)有影響。新的條紋相CDW特殊的波矢對(duì)費(fèi)米面附近的嵌套機(jī)制提出了疑問(wèn),加深了我們對(duì)2H-NbSe_2體系中CDW的認(rèn)識(shí),從而對(duì)CDW新的產(chǎn)生機(jī)制產(chǎn)生一些啟發(fā),對(duì)于在這種新的CDW的形成中電聲子耦合相互作用扮演的角色還需要進(jìn)一步的理論分析。然后我們?cè)?H-NbSe_2表面通過(guò)針尖樣品之間的相互作用成功誘導(dǎo)出了局域的1T相,觀測(cè)到1T-NbSe_2具有(?)×(?)周期的CDW,這種CDW產(chǎn)生后增強(qiáng)了電子之間的關(guān)聯(lián)性。1T相大部分區(qū)域在費(fèi)米面附近打開(kāi)了受電子關(guān)聯(lián)調(diào)控的超導(dǎo)能隙,因此用這種方法可以研究電子之間的關(guān)聯(lián)性與超導(dǎo)的關(guān)系,有助于研究強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系超導(dǎo)配對(duì)機(jī)制。大范圍移動(dòng)掃描區(qū)域后,存在一些褶皺的樣品表面出現(xiàn)了兩種新的超結(jié)構(gòu),分別為三度的2×2相以及條紋相,兩種相的邊界在原子尺度上是連續(xù)的,從細(xì)節(jié)可以發(fā)現(xiàn)條紋相是在2×2相基礎(chǔ)上進(jìn)一步演化而來(lái)。兩種新的超結(jié)構(gòu)電子態(tài)與2H相電子態(tài)具有明顯的差異,而且二者之間也明顯不同,條紋相對(duì)電子態(tài)產(chǎn)生了周期性的調(diào)制。兩種相都表現(xiàn)出了超導(dǎo),超導(dǎo)能隙以及超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度都低于2H相。我們發(fā)現(xiàn)臺(tái)階上下超導(dǎo)能隙有明顯差異,而同一層不同超結(jié)構(gòu)區(qū)域的能隙相差很小,盡管它們的電子態(tài)差異比較大。綜合這些特征我們認(rèn)為這兩種超結(jié)構(gòu)所表現(xiàn)出來(lái)的超導(dǎo)是由底層2H相NbSe_2通過(guò)近鄰效應(yīng)誘導(dǎo)出來(lái)的,條紋相中周期性的電子態(tài)對(duì)近鄰效應(yīng)誘導(dǎo)出來(lái)的超導(dǎo)產(chǎn)生了相同周期的調(diào)制,這提供了研究電荷有序與超導(dǎo)之間關(guān)系的新平臺(tái)。作為過(guò)渡金屬二硫族化合物另一成員,WTe_2首先因其在低溫下表現(xiàn)出了巨大且無(wú)飽和趨勢(shì)的磁阻吸引了大家的研究興趣,而且通過(guò)高壓壓制巨大磁阻后體系呈現(xiàn)出超導(dǎo)特性,而后理論進(jìn)一步指出它是一種新型的外爾半金屬引起了大家的研究熱潮。我們?cè)诓煌Ｓ嚯娮杪蕵悠飞蠝y(cè)到相似的隧道譜,大多數(shù)特征與重整化后的理論計(jì)算態(tài)密度很好的吻合,可以與能帶上特征結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)起來(lái)。另外隧道譜上可以看出該體系費(fèi)米面附近具有很低的電子態(tài)密度,磁場(chǎng)下的隧道譜與零場(chǎng)下幾乎完全相同,說(shuō)明高遷移率和低載流子是該體系除電子-空穴平衡之外巨大磁阻的必要條件。我們認(rèn)為低能下WTe_2的表面態(tài)對(duì)STM測(cè)量到的電子態(tài)有貢獻(xiàn),靠近費(fèi)米面處-20mV的態(tài)密度特征很可能來(lái)自表面態(tài)的貢獻(xiàn)。另外在應(yīng)力區(qū)域的測(cè)量證明了 WTe_2是一種極敏感易調(diào)控的半金屬體系,也為研究壓力作用下電子態(tài)密度響應(yīng)提供了一種新的思路。在讀博期間,還參與了儀器搭建方面的一些工作,主要包括氦3極低溫掃描隧道顯微鏡和基于PPMS低溫強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境點(diǎn)接觸譜儀的搭建工作。前者拓寬了我們的測(cè)量范圍,將非常規(guī)超導(dǎo)電性的探索和研究推進(jìn)到極低溫下的微觀尺度,具有比較重要的意義,后者提供了對(duì)超導(dǎo)樣品便捷而又重要的標(biāo)定手段。
[Abstract]:This paper studies the relationship between superconducting transition temperature and superconducting transition temperature . In this paper , we have observed that a new stripe phase CDW has two new superstructures in the vicinity of Fermi surface .

【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】：2017
【分類號(hào)】：O511.3

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