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铜氧化物高温超导材料正常态反常物理性质的研究

袁峰  
【摘要】:铜氧化物高温超导材料正常态反常物理性质的研究是高温超导机理研究的中心议题。本文在t-J模型和fermion-spin理论的框架下,对铜氧化物高温超导材料正常态反常的电荷动力学、自旋动力学和光电子谱进行了较为系统的研究。 我们首先在第二章里简单介绍了可以描述CuO_2平面内基本的低能物理过程的t-J模型,并介绍了可以较好地处理体现电子强关联特征的电子局域约束条件的fermion-spin理论。 应用fermion-spin理论我们在第三章里讨论了正常态反常的电荷动力学:首先从t-J模型出发讨论了单层铜氧化物材料在欠掺杂区域的电荷动力学性质以及电子次近邻跃迁t′对电荷动力学的影响。结果我们发现在小的t′值时,t-t′-J,模型与t-J模型的电荷动力学性质定性一致:光电导在低频端存在Non-Drude weight,在较高能量处存在奇异的中红外带;而电阻在高温时与温度成线性关系,在温度较低时偏离线性,表现为绝缘体行为。不过由于电子次近邻跃迁t′的影响,使光电导中的中红外带明显向高能处移动,并且抑制了电阻偏离线性行为的区域。接下来我们通过考虑CuO_2平面之间层间隧穿研究了铜氧化物材料反常的c-轴电荷动力学,发现铜氧化物材料的电荷动力学有很强的各向异性:对于CuO_2平面间存在Cu-O链的材料,c-轴方向的电荷动力学主要是由CuO_2平面内holon的散射决定的;而对于层间不存在Cu-O链的材料,c-轴方向的电荷动力学是由CuO_2平面内holon的散射和层间的无序效应共同决定的。而在较低温度和较小掺杂时holon赝能隙的打开,导致了c-轴方向电阻由金属行为向绝缘体行为的跨越(crossover),也导致了平面内电阻由与温度成线性关系向非线性关系的转变。在这章的最后我们讨论了双层铜氧化物材料的电荷动力学,结果表明双层材料的输运性


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