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高温超导体和低维导体的输运性质

沈静琴  
【摘要】: 本论文主要研究了几种高温超导体的Hall效应、Nernst效应以及准一维导体NbSe3中磁场对输运性质的影响。前者对理解高温超导体的赝能隙的物理提供了十分重要的信息,后者增进了对低维导体中的电荷密度波的认识。 高温超导体低的载流子浓度和很短的相干长度分别导致了强电子关联效应和强的磁耦合效应,使得其与常规超导体相比有着很多十分反常的现象。曾被证明在通常金属中正确的朗道费米液体理论和BCS(巴丁—库珀—施瑞弗)理论在高温超导体面前受到了严峻的挑战。在高温超导铜氧化物中,在正常态就有能隙打开,通常称为赝能隙,它有与超导能隙类似的各向异性。那么,超导能隙和赝能隙之间究竟是什么关系?导致配对凝聚的机制是什么?配对前后的电子状态是怎么样的?高温超导机理是当今困惑凝聚态物理学家的重大理论课题,而赝能隙和超导电性之间的关系更是其中的热点问题。 由于Nernst信号对涡旋线的运动十分敏感,所以Nernst效应成为探测赝能隙区是否存在类涡旋激发的重要手段。本论文正是基于Nernst效应这个探测手段,辅以其它的电和热输运性质测量,系统研究了过掺杂区不同掺杂浓度的Bi2Sr2CaCu2O8+y (Bi-2212)单晶和不同Zn掺杂浓度的YBa2(Cu1-xZnx)3O7-δ外延生长薄膜的输运性质和Nernst效应。对前者的研究给出了过掺杂区T*(赝能隙出现的温度)的演变规律,分析了超导涨落在赝能隙区的行为,通过各种实验得到各种特征温度,完善了过掺杂区的相图。对后者的研究,发现Zn掺杂使得混合态Nernst信号急剧减小,反常Nernst信号消失的温度Tv随同超导转变温度Tc0一起下降。本论文用Zn掺杂导致超流密度减小从而压制超导电性的图像对Zn掺杂的效应进行了解释。最后讨论了各种特征温度随Zn掺杂浓度变化的不同表现行为。这些研究都说明Tc0以上一定的温度区域中存在强烈的超导位相涨落,支持赝能隙是一种预超导现象的理论模型。同时我们的实验结果也表明赝能隙区中存在两种不同的涨落区域,在Tv以下到Tc0温度的温度区域以超导位相涨落为主要特征,在Tv以上到T*温度的温度区域Cooper对之间的位相关联则完全消失,只有有限的序参量振幅涨落。 最后一章对准一维电荷密度波材料NbSe3的电阻和热电势随磁场和温度的变化进行了研究。发现在低电荷密度波态(TT2),垂直于b轴(导电方向)的外加磁场导致巨大的磁阻效应和热电势效应,在Balseiro和Falicov (BF)理论和修改过的两带模型的框架内对其进行了统一解释,定量地获得了电子和空穴型载流子的浓度随磁场和温度的变化关系。


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