高温超导正常态反常行为和化学压强效应的研究

【摘要】： 高温超导铜氧化物正常态的异常行为是一个引起广泛注意的研究问题。现在普遍的认识是铜氧化物在欠掺杂区超导转变温度以上的某个特征温度对应于自旋赝能隙的打开。另外也有许多实验表明,最佳掺杂的铜氧化物在220 K附近存在着某种转变,在低温内耗谱上观察到一个损耗峰。为研究该转变的具体机制,我们研究了不同杂质替代的Y123系列样品的内耗行为,给出了该转变与载流子行为变化的可能联系。通过高温淬火去氧,我们得到了欠掺区的Y123样品;通过用二价的钙离子替代三价的钇离子,还得到了过掺区的Y123样品,并研究了整个掺杂浓度区域的Y123音频内耗谱,给出在过掺杂区,220 K温度附近的转变随载流子浓度增加而受到抑制,表明了该转变与欠掺杂异常行为(非费米液体)有一定关联。我们还测量了Y124样品的低温内耗谱。在总结已有实验结果的基础上,我们认为220 K温度的转变可能是载流子从高温的自由载流子到低温极化子与自由载流子共存的转变。 为研究高温超导机理,我们通过内耗和核四极共振实验手段研究了化学压强效应。在Y123体系中,通过具有较小离子半径的二价Sr~(2+)离子替代Ba~(2+)离子,可以产生化学压强(内压强)。我们的核四极共振实验得到,化学压强增强了载流子从CuO_x层到CuO_2层的电荷转移。这种载流子分布的变化不能解释化学压强对超导转变的抑制。另外,由中子衍射得到的Buckling角,也不能给出合理的解释。我们从微结构的角度,给出可能的解释,认为T_C的下降归因于铜氧链上氧原子的偏心位移,并且相应的无序影响了T_C。 为研究Ni掺杂效应,我们进行了内耗和核四极共振实验研究。核四极共振的实验表明,Ni不仅替代到CuO_2面内,也部分地替代到CuO_x链层。Ni替代到面内,不改变面内的平均载流子浓度,主要影响载流子的均匀分布。Ni替代到链层,主要是以三价形式替代,该替代会明显改变Ni离子周围的Cu原子的价态,从而在四极共振谱上观察到一个新的四极共振峰。