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《清华大学》 2004年
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La_2CuO_4体材料和薄膜的掺氧及相关性能的实验研究

汪春昌  
【摘要】:本文对第一个高温超导体的母相材料 La2CuO4(LCO)进行了三个方面的研 究:LCO 体材料的 CuO 蒸汽掺氧;La2CuO4薄膜的化学氧化掺氧及 Ag 掺杂在 LCO 体材料和薄膜中所起的效应。 通过 CuO 蒸汽掺杂法实现 LCO 样品在烧结过程中的轻度氧掺杂,这种样品 呈现颗粒超导体特征,而且晶界致密,从而使超导颗粒间的 Josephson 耦合得到 加强。在这种低氧掺杂的样品中,电测量表明在低无序度下样品的低温电阻与 温度的负 1/2 次方之间存在很好的线性关系,在高无序度下这种线性关系就转变 为著名的与温度的对数呈线性关系。我们认为这两种线性关系是分别对应无序 度低和高的两种极端情况。在一般情况下,两种关系对电阻均有贡献,据此我 们提出了一个新的电阻率表达式并运用这一表达式很好地拟合了前人的实验结 果。磁测量表明,低氧掺杂的样品除了高温反铁磁转变和低温超导转变外,在 中间温度 110 K 附近还存在一个弱的磁转变,这一转变源于极化铁磁微区在 CuO2 面上的凝聚,是相分离的结果。 通过化学氧化法实现了 LCO 薄膜的掺氧。大量实验事实表明在化学氧化过 程中氧确实掺入到 LCO 薄膜中,而且掺入到 LCO 薄膜中的氧分为两类,第一类 氧以 O-的形式存在于扩散通道中,它们具有较高的迁移率,对导电性有极大的 贡献。第二类过量氧位于间隙位置,相对比较稳定,它们对超导电性有贡献。 在 LCO 外延薄膜的化学氧化过程中观察到了时间效应,即薄膜的导电性随氧化 时间的增加由半导体转变为超导体然后又逐渐回复到半导体。时间效应是由于 在化学氧化过程中,LCO 薄膜表面与氧化剂之间的化学反应使得薄膜表面 La 缺 损而形成一层绝缘性的保护膜。在 c 轴织构 LCO 薄膜的化学氧化过程中不表现 出时间效应,这是由于 c 轴织构的 LCO 薄膜有其它取向的晶粒存在,难以在薄 膜表面形成一层绝缘性的保护膜。 Ag 的掺杂在 LCO 体材料和薄膜种所起的作用一方面是提高了样品的载流 子浓度使电阻率大大降低,另一方面是在样品中引起了无序,这种无序在一定 程度上抑制了超导电性。
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TB39

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【引证文献】
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【同被引文献】
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