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La_(1.6-x)Nd_(0.4)Sr_xCuO_4超导体的磁性和输运性质与条纹相的关系

丁俊峰  
【摘要】: 电荷有序是在掺杂的Mott绝缘体中的一种普遍存在的现象。在高温超导体中,很多实验都观察到了电荷条纹相的存在。电荷条纹相是指,在CuO2面内,载流子自发聚集形成一维链状结构,与反铁磁背景发生分离并形成周期性调制结构。实验表明电荷条纹以及反铁磁涨落与高温超导电性有着密切联系。 本论文主要研究了具有静态电荷和自旋条纹序的La1.6-xNd0.4SrxCuO4单晶的磁各向异性,讨论了条纹对磁通钉扎及磁通运动的影响,以及电荷输运与自旋有序之间的关系。另外,我们还通过材料的电流-电压(I-V)特性,研究了体系中的本征Josephson结特性。论文内容共分为五章,每章的主要内容分别概括如下: 第一章主要是综述了条纹相的物理图像以及条纹相在不同高温超导体中的实验证据,讨论了条纹相与超导电性的关系,介绍了在条纹相超导体中的赝能隙行为,最后阐述了磁场对自旋有序的影响。 第二章首先介绍了光学浮熔区法生长La系超导单晶。通过研究La1.6-xNd0.4SrxCuO4单晶在H||ab面和H||c轴时的各向异性直流和交流磁化率,发现体系中存在着二维超导电性。这种二维超导电性发生在体超导转变温度Tc以上,具有明显的面外各向异性,可能是由静态条纹相引起的CuO2面层间退耦合导致的。这说明层间退耦合是静态条纹相压制Tc的主要因素之一 第三章研究了La1.45Nd0.4Sr0.15CuO4单晶交流磁化率的面内各向异性。当磁场在CuO2面内转动时,交流磁化率和直流磁弛豫率对磁场的依赖都表现出四重对称性。这表明由条纹引起的面内超导序的不均匀性可以对磁通产生钉扎作用。在磁场平行于条纹方向时,条纹对磁通的钉扎力达到最大值,相应的临界电流最大,交流磁化率的抗磁性最强,而磁场平行于Cu-Cu方向时,抗磁性最弱。 第四章研究了不同掺杂浓度的La1.6-xNd0.4SrxCuO4单晶的c轴磁阻行为。在温度低于自旋有序温度时,材料中立刻出现了反常磁阻行为。在磁场大于转变场后,电阻随着磁场升高逐渐降低,表明在条纹相体系中存在由磁场诱导的spin-flop转变。直流磁化率随温度的变化,特别是在χab上的宽峰可以用晶体场中的Nd3+离子磁性来描述,表明在条纹有序的LNSCO样品中磁化率主要由Nd3+离子决定,不能够反映出Cu2+自旋的贡献。 第五章研究了LNSCO单晶c轴方向的I-V特性。发现样品的I-V特性表现出了本征Josephson结行为,其I-V曲线上出现了一个电压台阶以及回滞行为。随着掺杂浓度增加,结的类型从SIS结逐渐过渡到SNS结,表明了条纹相对Josephson耦合的影响。Ic对外加磁场的依赖在一个较大的磁场周期表现出了调制行为。磁场在CuO2面转动时,而由于静态条纹相对磁通的钉扎效应,Ic的对磁场角度的依赖表现出四重对称性。


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