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《中国科学院大学(中国科学院物理研究所)》 2018年
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基于隧道谱技术探索非常规超导电子态相图

何格  
【摘要】:自从上世纪六十年代隧道谱技术被发明以来,其在非常规超导机理研究中表现出不可替代的作用。隧道谱具有极高的能量分辨率,是研究超导能隙、赝能隙、电子-玻色子耦合等的重要手段。在本文中,我们对若干非常规超导体系点接触隧道谱进行了系统的研究并自主设计搭建了一台组合激光分子束外延与扫描隧道显微镜联合系统。主要内容如下:(1)研究了在(Li1-xFex)OHFeSe,LiTi2O4和La1.9Ce0.1CuO4-δ体系点接触隧道谱上的非本征现象,特别是临界电流效应,并与本征的隧道谱现象如Andreev反射、多能隙、p/d波等行为进行了比较和区分,这对于辨别隧道谱中的非本征现象具有重要的参考意义。(2)研究了[001]取向LiTi2O4薄膜的电输运和隧道谱。发现LiTi2O4体系在50K以上表现为各向同性负磁阻,而在50K以下则表现为各向异性正磁阻。在超导态,能隙和磁场平方线性相关。我们认为负磁阻起因于自旋涨落或自旋轨道耦合引起的散射而正磁阻则来源于轨道相关态。进入超导态,轨道相关态与库珀对相互作用,引起了能隙与磁场的异常标度行为。(3)对比研究了[001]、[110]和[111]取向LiTi2O4薄膜的点接触隧道谱。我们在[110]和[111]取向的隧道谱上观察到明显的玻色模特征而在[001]取向却观察不到。此外,玻色模一直持续到两倍Tc温度和16T的磁场中依然能观察到。玻色模能量尺度与第一性原理计算的声子模能量十分吻合,可以确定来源于电声耦合。进一步研究发现该体系各向异性的电声耦合与氧空位增强的Jahn-Teller畸变有关。声子模一直持续到超导态之上,可能来源于轨道态增强电声耦合。(4)研究了Pr2CuO4±δ薄膜正常态能隙起源。我们在不同Tc的样品中均观察到正常态能隙。发现正常态能隙对磁场不敏感,但极容易被温度压制。此外,随结电阻增加,正常态能隙逐渐增强,并在非超导样品中进一步增强。这些现象可以用AAL理论很好的解释,说明正常态能隙起源于无序诱导的电子-电子关联。(5)详细介绍了组合激光分子束外延与扫描隧道显微镜联合系统设计、搭建和调试的全过程。该系统由组合激光分子束外延生长腔、扫描隧道显微镜腔、样品中转腔、样品处理腔、快速进样腔等几部分组成。其能够实现连续梯度组分薄膜的生长与极低温扫描隧道显微镜/隧道谱原位表征。目前该设备极限真空优于5×1010Torr,样品区域极限低温降到6K,液氦维持时间为48小时,扫描头在室温成功获得石墨原子分辨、低温获得台阶。系统各项指标目前基本达到设计要求,即将开展初步实验。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:O469

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