高温超导体YBa2Cu3O7-δ中的元素替代效应

本文综合约20个 YBa₂Cu₃O_7-4的元素替代体系的实验结果,发现:正交晶体结构、氧含量、铜的氧化价态,以及金属-半导体(绝缘体)相变都只是决定Tc的表观因素;存在着CuO₂平面外和CuO₂平面内两类元素替代效应.提出:高温超导体的迁移载流子浓度和CuO₂平面内铜原子之间的动态、短程反铁磁关联程度是决定Tc的两个内禀因素.基于Bi系超导体中有关元素替代效应的实验事实,进一步提出上述结论对各种类型的高温氧化物超导体具有普遍性.     

Bi2Sr2Ca1-xYxCu2Oy系超导—绝缘转变中的结构效应

研究了Bi₂Sr₂Ca_1-xY_xCu₂O_y.(BSCYCO)体系中Y替代Ca后材料从超导体向绝缘体的转变过程.研究结果表明,在替代量X=0.4附近发生的从四方到正交的结构转变是BSCYCO超导性消失的直接原因,并发现结构参数c/0.5(a+b)的变化与材料的超导—绝缘—反铁磁这一性能的转变过程有较明显的对应关系.     

新概念下的Sn掺杂(La1-xSrx)2Cu1-xSnxO4超导体的MÖssbauer谱研究 *

对新概念指导下而设计的 (La_1-xSr_x)2Cu_1-xSn_xO₄超导体进行了¹¹⁹Sn M_Össbauer谱研究 .对不同掺杂量样品的系统研究表明 ,M_Össbauer谱实验结果进一步证实了Sn以Sn⁴⁺价态存在并占据Cu晶位 ,不存在占据La晶位的Sn^{2 +}离子 .Sn⁴⁺离子附近的局域晶格畸变较小 ,但是随Sn掺杂量有增加趋势 .在对La₂ CuO₄母体进行Sr和Sn同时掺杂所引入的载流子对超导电性的影响存在新的机制 .在新的额外氧机制下 ,讨论了Sn掺杂所导致的额外氧对超导电性的影响 .     

高TcYBa2Cu3O7/PrBa2Cu3O7超晶格的微结构分析

利用高分辨透射电子显微镜对高T_c YBa₂Cu₃O₇/PrBa₂Cu₃O₇(以下简称为YBCO/PrBCO)超晶格的微结构进行了系统的观察分析,高分辨电子显微象(HREM)表明YBCO/PrBCO超晶格层与层之间具有清晰的衬度,没有界面互扩散,通过HREM象观察,发现衬底表面的原子台阶和缺陷使薄膜最初1—2个晶胞层中出现层错等缺陷,但这些缺陷并没有向薄膜内部扩展,当薄膜厚度超过几个晶胞层后,其结构趋于完整。另外,在HREM照片上还可看出YBCO/PrBCO超晶格的调制周期存在波动,波动范围相当于一个晶胞层厚度,实验结果表明,利用YBCO/PrBCO超晶格研究CuO₂面的二维超导电性时,临界温度T_c和临界电流密度J_c的变化不仅与二维CuO₂面的失耦程度有关,还会受到各种晶格缺陷的影响,对YBCO/PrBCO超晶格和超薄YBCO膜的输运特性进行理论解释时,必须考虑衬底和晶格缺陷造成的影响。     

YBa2Cu3Ox超导体的光谱研究

能带是决定固体特性的头等重要的因素。我们用光谱方法对单相YBa₂Cu₂O_x高T。超导体进行了研究,测量了样品的反射-吸收谱、Raman光谱和荧光光谱.其350和500nm吸收带以及390nm,560nm荧光峰来自晶格中Cu⁺发光中心,是跃迁过程¹A_1g(3d¹⁰)-¹E_g和~3E_g(3d⁹4s¹)。其720nm和860nm荧光峰来自Cu²⁺发光中心,是由于自由离子光谱项²D在八面体晶场、正交晶系晶场中分裂为5个能级之间的跃迁。此外,还有一些光谱可能来自晶格中Cu³⁺发光中心,其481cm^-1和551cm^-1声子对说明了312cm^-1处声子对与电子系统是强耦合。     

Y-Ba-Cu-Sn-O体系的结构和性能

通过YBa₂Cu_³x)Sn_xO_7+y体系样品的结构参数、XPS和Mssbauer谱、电阻-温度关系、氧含量以及热分解温度的综合测量,发现:Sn在该体系中替代了Cu的位置并保持4价状态;在x<0.4范围内Sn替代Cu对晶体结构没有影响,引起T_c的变化也极小;Sn替代Cu使体系的氧含量增加,并明显地影响了Cu的价态,使Cu呈现+3价,实验在结构、氧缺位及电子态方面为认识超导电性的起源提供了一些重要信息,在综合分析实验结果的基础上,本文提出:金属原子与氧原子间的耦合程度决定了体系的超导电性。     

d8(C3v*)EPR理论与CsMgCl3:Ni2+的光、磁性质研究

本文给出了O_h点群表象中的d^2,8(C_3v^*)完全强场矩阵,并借助于这种矩阵的特征值和特征矢量,建立了CsMgX₃:Ni²⁺(X=Cl,B,I)类晶体的全组态混合EPR理论。应用这一理论,对CsMgCl₃晶体中的Ni²⁺杂质离子的光学吸收谱、基态零场分裂参量D、顺磁g因数、基态Zeeman分裂以及EPR条件(B,hv₀)进行了统一的计算。结果与观测非常一致,从而首次对CsMgCl₃:Ni²⁺的光、磁性质作出了统一的理论解释。     

在MOS结构Si-SiO2界面上的一个主界面缺陷

本文用DLTS测量了P型硅MOS结构Si-SiO₂界面的缺陷,发现了一个主界面缺陷H_it(0.503),其特点是:在测量温度范围内,它的平均空穴离化吉布斯自由能ΔG_P≥0.503eV;当栅压使Si-SiO₂界面处Fermi能级与硅价带顶的距离明显小于ΔG_P时,它仍然具有很高的DLTS峰;随着半导体表面电位势的缩小,它的空穴表现激活能明显增大;它对空穴的俘获过程造成合脉冲宽度的多指数电容瞬态,难于用有限宽度的脉冲电压引进的空穴对其作饱和填充。上述实验结果表明:热氧化生长形成的Si-SiO₂系统的能带是从共价键硅的能带连续过渡到SiO₂的能带;H_it(0.503)分布在其中的过渡区中,它的能级与价带的距离随着离开硅表面越远而越大。     

Y1-xNdxSr2Cu2.7Mo0.3O7-δ体系的声子振动谱和输运性质

研究了Y_1-xNd_xSr₂Cu_2.7Mo_0.3O_7-δ(x =0 ,0 .1 ,0 .2 ,0 .5 ,0 .8和 1 .0 )的Ra-man光谱、红外光谱,指出RSr₂Cu_2.7Mo_0.3 O_7-δ结构上与RBa₂Cu₃O_7-δ有显著的差异,而伴随着Nd的掺入,晶体的微结构发生了变化 .结合电阻率和热电势的测量结果 ,我们讨论了这种微结构变化对载流子分布的影响和NdSr₂Cu_2.7Mo_0.3O_7-δ不超导的原因,进而指出在高温超导体中广泛存在的稀土离子尺寸效应也是大稀土离子替代产生的晶体微结构变化的结果     

离子注入对YBa2Cu3O7-x薄膜超导性能的影响

本文报道了Ar和F离子注入对YBa₂Cu₃O_7-x超导薄膜电学性能及结构的影响,通过X射线衍射和电阻温度关系的测量研究了离子注入后YBa₂Cu₃O_7-x薄膜T_c,J_c和结构的变化。实验中发现,在低剂量注入情况下,T_c和J_c随着注入剂量的增加而下降。但是,上临界温度和X射线衍射谱却几乎保持不变。当Ar离子的注入剂量达到1.2×10¹³Ar/cm²时,样品发生金属一半导体相交。当注入剂量大于1.2×10¹³Ar/cm²时,样品的体超导性能基本上完全消失了,X射线衍射峰的强度也有所减弱,最终发生了晶态-非晶态相变,室温电阻率增加了好几个数量级。讨论了超导性能变化及金属一半导体相变的物理起因。     

外延单晶La2/3Ca1/3MnO3-δ薄膜中磁电阻的磁场依赖关系

采用直流磁控溅射法在NdGaO₃ ( 110 )衬底上制备了La_2/3Ca_1/3MnO_3-δ外延单晶薄膜 .在 0～8T的磁场范围内测量了不同温区下的磁电阻随磁场的变化关系 .结果表明 ,ρ(H )遵循以下规律 :当温度高于居里温度T_C 时 ,ρ(H ) =1α(T) + β(T)H² ;当T <Tc时,ρ(H ) =ρ0(T ) +1A(T)+B(T)exp(H/C(T));而当温度远低于居里温度时,ρ(H ) =1σ(T) + ν(T)H。表明负巨磁电阻的产生主要起因于磁场引起的电导率的增加。     

纳米复合材料Fex(SiO2)1-x中的界面相互作用和渗透效应对磁性的影响

采用机械合金法制备了纳米复合材料Fe_x(SiO₂)_1-x系列样品 .用X射线粉末衍射 (XRD)、透射电子显微镜 (TEM )、M ssbauer谱和Faraday磁天平系统地研究了该系列样品不同Fe合量和不同球磨时间的微结构和磁性 .实验表明样品的微结构和磁性与球磨时间和Fe含量密切相关 .当样品的Fe含量少于 2 0wt% ,并球磨了 80h后呈现出非常复杂的微观结构 :α -Fe纳米晶粒和Fe团簇镶嵌在SiO₂ 基质中 ,形成α -Fe纳米岛状和纳米尺度的类三明治结构 .Fe-SiO₂ 界面的相互作用和渗透效应、纳米晶的尺寸效应和类三明治的特殊微观结构导致了纳米复合材料Fe_x(SiO₂)_1-x的物理性能的变化     

BaB2O4-Na2B2O4-K2B2O4三元系的研究

本文用实验测定和理论计算相结合的方法,研究了BaB₂O₄-Na₂B₂O₄-K₂B₂O₄三元系.在对该三元系3个侧边二元系相图热力学分析的基础上,用非对称的Toop模型将二元系热力学数据延拓到三元系,计算了BaB₂O₄-Na₂B₂O₄-K₂B₂O₄三元相图,计算结果与该三元系的一个典型垂直截面的测定结果吻合很好.     

非超导的Bi2Sr2CuOy单晶的磁阻研究

铜氧化合物高温超导体正常态的电子输运一直是人们关注的焦点问题之一,根据最近研究的Bi₂Sr₂CuO_y单晶a-b平面内电阻率随温度的变化关系,发现许多直接生长的晶体在高温呈金属性而低温下出现电子局域化现象,对低温呈强局域化行为的样品进行了磁阻测量,发现在较低温区的低场,样品具有正磁阻效应,而高场下,样品具有负磁阻效应,最大正磁阻对应的磁场则随着温度的升高向低场漂移,在高温区,无论是低场和高场,样品不再具有正磁阻效应而只存在负磁阻效应,同时还发现样品的磁阻效应随着温度的增加而变得不明显,通过对横向磁阻与纵向磁阻的比较,发现这种磁阻主要是轨道效应的贡献。把实验结果与强局域化区域轨道磁阻的理论工作进行了比较,对正、负磁阻的起源进行了讨论。     

D2-C76旋光度的理论研究

应用电磁场与分子相互作用理论,给出了分子旋光度的计算公式.对D₂-C₇₆的旋光度进行了估算,得到它的旋光度约为1°/cm.     

Y-TZP及Y-TZP/Al2O3陶瓷的微波加热及微波烧结特性

用矩形单模TE_10n(n=3,5)微波腔体成功地烧结得到了致密的Y-TZP陶瓷及Y-TZP/Al₂O₃复相陶瓷材料.材料的微波加热特性与其组分有关.Y-TZP含量高有利于提高样品的加热速率并降低加热所需时间.试样加热至600—800℃之后,需随时调整输入功率、短路活塞位置及可调偶合窗开启尺寸,以保持腔体谐振和最佳偶合状态,从而保持一定的升温速度和达到稳定的最终烧结温度.纯Y-TZP及含20Vol％Al₂O₃的Y-TZP/Al₂O₃陶瓷材料均可微波烧结至相对密度98％以上,而晶粒尺寸则分别不大于0.4和1.0μm.实验还发现,温度过高时,试样中心由于达到高于其表面的温度而发生过烧现象.     

Tl-1223超导体及其复Ag带

研究了用部分熔化法制备T1-1223超导体的工艺,样品的名义组成为(Tl_0.5Pb_0.5)(Sr_0.8Ba_0.2)₂Ca₂Cu₃O_y,调整样品中Ba的含量,出现了织构的迹象,经烧结一部分熔化—退火的样品,其磁化电流在77K和1T下大于2×10⁴A/cm²,用这样的样品作原料所制备的Tl-1223复Ag带短样,在77K和0T下,J_c达2.1×10⁴A/cm²,超导带横断面的SEM显微观察表明,在1223相中夹杂了BaPbO₃和Sr-Ca-Cu-O相.     

La2/3Ca1/3MnO3-δ薄膜中磁致电阻温度关系的一种经验描述

在不同磁场H下 ,在 300～ 77K范围内测量了外延L_{a2 /3} Ca_1/3 MnO_3-y薄膜的电阻率ρ(T) ,发现电阻率的温度依赖关系可以按如下的经验公式来描述:ρ(T) =1σ(T) =1/α(M/M_s)² + βexp(-E0/k_BT) ,其中拟合参数α ,β随磁场的变化略有变化,E₀为磁极化子热激活能 ,约等于1 160k_B,M_s 为饱和磁化强度 ,M/Ms采用平均场近似求得,据此对提高CMR效应的可能性作了讨论.     

纳米ZrO2固体低温内耗谱的研究

本文系统研究了不同颗粒度的纳米ZrO₂块状固体从室温至-200℃的内耗和模量.发现三个内耗峰(P₁,P₂和P₃——对应升温测量或P''₁,P''₂和P''₃——对应降温测量),通过这些内耗峰行为的研究,可以看出,P₃或P''₃峰可以归因于晶界的弛豫,即它是由于纳米ZrO₂固体中晶界的滑动产生的.P₂(或P''₂)与纳米ZrO₂在低温下的相变有关.随着退火温度的升高,能量耗散迅速减小,模量明显增大.     

ZnS:Cr2+晶体中Cr2+杂质离子的EPR参量及其占位

本文基于 ZnS:Cr²⁺晶体中 Cr²⁺杂质离子处于八面体有效晶场(D_2d畸变)理论模型,通过考虑对基态有较大影响的所有低自旋态的贡献后,建立了一组维数较大曲 d⁴(D_2d^*)不可约表示强场能量矩阵.利用矩阵的特征值、特征矢量以及相应的EPR 参量理论公式,对 ZnS:Cr²⁺晶体的精细光谱、基态 ZFS,EPR 参量(g,g,D,E,F,α)、基态 Zeeman 能级以及 EPR 条件(B,v)进行了系统的理论分析与计算.结果与实验值符合很好.从而确立了 ZnS:Cr²⁺晶体中 Cr²⁺杂质离子的环境晶场系 D_2d畸变八面体结构.ZnS:Cr²⁺晶体的光、磁性质与 Cr²⁺杂质离子的八面体晶场结构特征密切相关.