铁基超导体能隙结构和机理的统一认识

铁基超导体作为除铜氧化物超导体之外的第二类高温超导体,自从被发现以来其超导电性的成因就备受关注。早期有人针对同时具有空穴型费米口袋和电子型费米口袋的铁砷基超导体提出了S~±配对模式,而且得到中子散射和隧道谱实验的初步支持。这一配对模型的基础是需要在布里渊区同时具有空穴型和电子型费米面。但是铁基超导体的费米面因材料而异,新发现的很多铁硒基超导体因缺乏空穴型费米面,对S~±电子配对模型来说是一个挑战。文章综述了过去几年来作者在这方面取得的工作进展。运用高精度的扫描隧道显微镜,在不同铁基超导体系中,针对超导能隙结构,或超导序参量的性质进行了仔细研究。首先作者在铁砷基超导体Na Fe_(1-x)Co_xAs和Ba_(1-x)K_xFe_2As_2中利用无磁性杂质态测量和隧道谱测量,发现S~±的明确证据。进一步,在只有电子型费米面的(Li_(1-x)Fe_x)OHFe Se超导材料中发现两个各向异性的超导能隙,利用准粒子相干散射实验第一次把这两个超导能隙对应到由电子型费米面套叠或杂化后形成的内外两套费米面上。通过非磁性杂质诱导产生的能隙内杂质态和新型电子驻波相位敏感实验的探测,证明该材料中超导能隙符号也发生反转。因此作者的系列工作统一了有和没有空穴型费米面的铁基超导体的能隙形式,支持排斥势是导致电子配对和超导电性产生的关键因素。     

Y_xBa_(3-x)Cu_2O_7高T_c超导体远红外光谱的类激子模型

本文用类激子模型把多相Y_xBa_(3-x)Cu_2O_7系列高T_c超导体的远红外区大多数吸收峰分为三个线系,模型和实验结果符合很好(△<4cm~-1),显示出这些吸收峰有着非声子起源——类激子的能级跃迁,它提示我们Y_xBa_(3-x)Cu_2O_7高Tc的机制是由声子和激子能级跃迁的共振耦合决定的。实验得到的远红外谱表明超导样品和不超导样品几个吸收峰上有明显差别,这可以由它们的费密能级的位置不同来解释。最后给出了一些实验的结果预测。     

转变宽度为1K的YBaCuO超导体

用Y_2O_3,BaO_2和Cu的粉末为原料备制出性能很好的Y_xBa_(1-x)CuO_(3-y)超导体。用电阻法和交流磁化率法测量了样品的超导性质。x=1/3的样品的超导起始转变温度,零电阻温度和转变宽度分别为97K,93K和1K。而x=0.6的样品分别为95K,90.5K和1K。作者还用持续电流法测量了样品的临界电流与温度的关系。     

YBa_2(Cu_(1-x)Sn_x)3O_(7-y)超导体的磁弛豫和钉扎

我们制备了一组 YBa_2(Cu_(1-x)Sn_x)_3O_(7-y)多晶超导样品,在77K 时测量了它们的磁滞回线和增场磁弛豫率,计算了它们的钉扎势 U_0结果表明,在相同制备工艺条件下,掺锡样品的钉扎势比不掺锡(x=0)样品的高.结合 TEM、X-射线衍射和喇曼谱分析结果,我们认为YBa_2Cu_3O_(7-y)超导体中的位错不是主要钉扎中心,掺锡样品中的β-Sn 正常粒子可能是有效的钉扎中心.     

GdBa_2Cu_3O_(7-δ)超导薄膜的高分辨电子能量损失谱研究

本文用高分辨电子能量损失谱对 c-取向的 GdBa_2Cu_3O_(7-δ)超导和不超导薄膜样品进行了分析,发现与不超导样品相比,超导样品在约55meV 处存在增强的能量损失峰.这个损失峰来源于超导体内部电荷振荡激元与 Cu(1)-O(4)光学声子的相互作用,它证实了 Varma和 Tachiki 的理论,表明超导体内部电荷振荡激元的存在对超导电性有重要作用.     

利用单轴压强下的电阻变化研究铁基超导体中的向列涨落

铁基超导体中普遍存在着反铁磁、超导和向列相,因此研究向列相的性质及其与反铁磁、超导的关系对于理解铁基超导体的低能物理及高温超导电性具有非常重要的作用.所谓向列相是指电子态自发破缺了晶格的面内四重旋转对称性而形成的有序态,从而导致样品的某些物理性质出现了两重的各向异性.我们通过自主研发的单轴压强装置,可以在低温下原位改变压强,测量电阻的变化,从而得到向列极化率.本文介绍了我们利用该装置在最近几年研究铁基超导体的向列相和向列涨落所取得的一些成果,包括详细研究了BaFe_(2-x)Ni_xAs_2体系中的向列量子临界点及其量子临界涨落,并提出了基于向列涨落强弱调节的铁基超导体统一相图.这些结果表明,向列相及其涨落与反铁磁和超导均有很强的耦合,对于理解铁基超导体中磁性和超导电性非常关键.     

高临界温度超导体研究进展介绍

1987年2月20日,中国科学院物理研究所赵忠贤、陈立泉等获得新的Ba基氧化物超导体,经过多次反复实验,表明该超导体的起始转变温度高达100K以上,从而在高临界温度超导体研究方面又一次获得重大突破. 新的超导体的主要成分包括钡、钇、铜、氧四种元素[Ba_xY_(5-x)　Cu_5　O_5(3-y)]。样品的制备采用了新的工艺和新技术[1].超导转变温度的测量采用标准四引线电阻法和低频交流互感法.图1是采用这两种方法得到的超导转变曲线.由图1可以看出,样品的电阻起始转变温度在100K以上(电阻由线性变化过渡到非线性变化时的温度在 110K附近),中点转变温…     

Sr-Y-Cu-O体系的超导电性

制备了名义组分为Sr_xY_(1-x)CuO_3(0.050相似文献   

无氟PA-MOD法制备SmBa2Cu3O7-x薄膜的热处理研究

采用无氟(PA-MOD)在(00l)取向的LaAlO3单晶基底上制备SmBa2Cu3O7-x(SmBCO)超导薄膜,研究了不同成相热处理温度对薄膜性能的影响.X射线衍射(XRD)分析结果表明,经过高温处理的SmBCO薄膜其晶粒具有良好的c轴生长取向.扫描电镜(SEM)分析表明,790℃成相的SmBCO薄膜的表面更加平整致密.物理性能测试系统(PPMS)测试结果表明SmBCO样品的超导临界温度Tc为89.74K.研究了高温热处理过程中不同熔融温度制备SmBCO薄膜的影响.     

La_(1．6-x)Nd_(0．4)Sr_xCuO_4超导电性的反常特性

分析并讨论了La_(1．6-x)Nd_(0．4)Sr_x CuO_4系列单相性样品(x=0．08～0．25)的晶体结构和超导电性。结果表明,晶体结构随着Sr掺杂量的变化规律与La_(2-x)Sr_x CuO_4系列相似。超导电性方面,La_(1．6-x)Nd_(0．4)Sr_x CuO_4系列超导转变温度均远小于相应的La_(2-x)Sr_xCuO_4系列组分。同La_(1．875)Ba_(0．125)CuO_4相似,La_(1．48)Nd_(0．4)Sr_(0．12)CuO_4处出现显著的极小值8K但高于La_(1．875)Ba_(0．125)CuO_4。La_(1．6-x)Nd_(0．4)Sr_x CuO_4系列的超导电性明显与La_(2-x)Sr_x CuO_4系列有着不同的特性,虽然同La_(2-x) Ba_xCuO_4系列相似但仍有区别。我们从其晶体结构的反常变化的角度对La_(1．6-x)Nd_(0．4)Sr_x CuO_4系列反常的超导电性做了初步的解释。     

助熔剂法和浮区法生长Nd_(2-x)Ce_xCuO_4单晶及其热传导研究北大核心CSCD

本文研究了用助熔剂法和浮区法两种方法生长Nd2-x Cex CuO4(NCCO)单晶的生长条件和NCCO单晶的热传导性质.用助熔剂法方法可以生长出组份为x=0至x=0.18的一系列单晶样品.用X射线衍射表征了单晶的结构和品质,并观测了不同的退火过程对样品的超导转变的影响.在浮区法方面,生长NCCO(x=0.15)单晶也取得了很好的结果.另外,本文还测量了不同组份的单晶样品的低温热导率,发现Nd3+离子磁性对热导率的影响以及掺杂Ce后热导率的变化情况.     

Tl_4Ba_3Ca_3Cu_4O_y系统的超导电性和磁化反常

Tl_4Ba_3Ca_3Cu_4O_y 氧化物超导体中存在100K 和120K 两个超导相.测量电流为10mA 时,零电阻超导 T_c 为119K.DC 磁化结果表明:在77K 时不可逆场约为2200O_e,冻结磁通密度11.6G,样品是弱钉扎Ⅱ类超导体.Meissner 效应测量结果表明:Meissner 信号的61%是120K 相的贡献,39%是100K 相的贡献.超导体积的上限和下限的比较,不同磁场和测量电流的 R(T)超导转变以及磁化反常表明:我们的样品中存在着大量的弱连接超导电性,并构成邻近效应超导体,研究了它的日 H_(c2)(T).并由邻近效应超导体的磁化曲线演算出它的超导参量.     

高T_c氧化物Bi_(1.4)Pb_(0.6)Sr_2Ca_2Cu_3O_y大块超导体的弱连结和弱钉扎性质

掺Pb的Bi_(1.4)Pb_(0.6)Sr_2Ca_2Cu_3O_y氧化物是一个以110K 超导相为主的高 T_c 超导体,其零电阻 T_c 为107.1K. dc Meissner 效应表明,110K 相占样品体积的8.2%,85K 相占1.6%.不同磁场下的排磁通(Meissher)效应,超导体所占体积上限和下限的比较,不同磁场和测量电流的 R(T)超导转变,表明了样品中存在着丰富的弱连结超导电性.研究了弱连结超导体的 H_(c2)(T).直流磁化和 I_c(B)特性结果表明,大块 Bi_(1.4)Pb_(0.6)Sr_2Ca_2Cu_3O_y,是个弱钉扎Ⅱ类超导体,它的 H_(cl)(77K)=25Oe,且磁化曲线中有两个峰.加热实验表明,当温度升高到355K 时,样品的正常态电阻增加,零电阻超导 T_c 从107.1K 退化到99.5K.     

高T_c氧化物Bi_(1.4)Pb_(0.6)Sr_2Ca_2Cu_3O_y大块超导体的弱连结和弱钉扎性质

掺Pb的Bi_(1.4)Pb_(0.6)Sr_2Ca_2Cu_3O_y氧化物是一个以110K 超导相为主的高 T_c 超导体,其零电阻 T_c 为107.1K. dc Meissner 效应表明,110K 相占样品体积的8.2%,85K 相占1.6%.不同磁场下的排磁通(Meissher)效应,超导体所占体积上限和下限的比较,不同磁场和测量电流的 R(T)超导转变,表明了样品中存在着丰富的弱连结超导电性.研究了弱连结超导体的 H_(c2)(T).直流磁化和 I_c(B)特性结果表明,大块 Bi_(1.4)Pb_(0.6)Sr_2Ca_2Cu_3O_y,是个弱钉扎Ⅱ类超导体,它的 H_(cl)(77K)=25Oe,且磁化曲线中有两个峰.加热实验表明,当温度升高到355K 时,样品的正常态电阻增加,零电阻超导 T_c 从107.1K 退化到99.5K.     

电子型超导体Gd掺杂的输运性质研究

在CuO_2平面以外的阳离子格点通过改变Gd含量引入了无序.研究了Nd_(1.85-x)Gd_xCe_(0.15)CuO_4单晶的电阻率ρ、霍耳系数R_H和热电势S.霍耳系数R_H的测量证明这种名义掺杂的改变并没有明显改变载流子的密度.热电势S(T)在120 K以上可用一个掺杂的半经验模型来分析,结果表明存在电子的窄能带和宽能带的共存.无论是电子态密度的带宽和有效电导率的带宽都随着x增加,而局域化的趋势随Gd掺杂增加明显增强.Gd掺杂对超导转变温度T_C的抑制作用很显著.在二维剩余电阻率ρ02D增加超过临界值h/4e~2时没有发生超导-绝缘体转变,观察到的却是超导和局域化的共存效应.量子干涉效应不可以定性地解释Gd掺杂对于电子型超导体的超导转变温度T_c的抑制.     

La_(2-x)Sr_xCuO_4的高氧压处理与XPS研究

本文采用高氧压对 La_(2-x)Sr_xCuO_4进行处理.高氧压处理(2.3GPa,～800℃)不但对x=0组分及附近的样品提供过量的氧,使之成为超导体,而且可以使无氧缺位的状态保持到x=0.3.但电导率测量表明,高温超导相范围并没有扩展,因此排除了氧缺位的出现使超导相存在范围降低的看法.XPS 测量表明表面完全污染的 La_(2-x)Sr_xCuO_4样品与半导体 La_2CuO_4或 CuO 中 Cu~(2+) 谱一致,而未完全污染的样品表现出很宽的峰,明显包含局域态的 Cu~(2+)及LaCuO_3中的 Cu_(3+)成份.论文首次引入 La3d XPS 谱的伴线来研究超导体的电子态.对于“Clean”La_(1.85)Sr_(0.15)CuO_4及 La_2CuO_4,La3d XPS 谱具有完全不同的结构,前者伴线为 Shakedown,表明较低的费米能级位置,意味着强氧化态.后者为 Shake up,意味着较高的费米能级位置.在超导样品中,无法利用 O_(15)谱来区分污染样品表面还是处在深度氧化态的表面时,可用 La3d 谱来鉴别样品的表面.     

Ba-La-Cu-O体系的金属-半导体转变和超导电性

测量了名义组分为 BaxLa_(5-x)Cu_5O_(5(3-y))(x=0,0.25,0.5,1.0,1.25,1.5; y>0)的系列样品电阻-温度关系。发现:对x=0的二元氧化物,其电子输运呈典型的半导体特征;随着Ba的掺入以及含Ba量的增加,系统经历了半导体-半金属-金属(超导体)转变,并且其超导临界温度Tc也单调地升高。根据Mattheiss及Freeman等人的能带计算结果,在电声子强耦合的框架里对上述现象作了定性的解释。本文作者认为:二价Ba的掺入抑制了晶格的不稳定性,稳定了超导相。     

高T_c氧化物Bi_(2-x)Pb_xSr_2Ca_2Cu_3O_y大块超导体的磁化和H_(c1)

高T_c氧化物 Bi_(2-x)Pb_xSr_2Ca_2Cu_3O_y(x=0.2,0.3,0.4,0.5)大块超导体的 Meissner 效应表明存在110K 和85K 两个超导相,并且以110K 相为主,抗磁转变起始于103K 附近.不同样品在77.3K 的磁化实验表明,当 x≤0.3时,H_(Cl)≈28Oe,当 x>0.3时,H_(cl)=25Oe.x=0.3的样品在不同温度下的磁化实验结果表明,在 T=77.3—95K 之间,H_(Cl)与 T 成线性关系,且 dH_(Cl)/dT=-1.07Oe/K.两个超导相的存在导致磁化曲线峰的拉宽,且拉宽程度与85K 相所占的比例有关.     

GdBa_2Cu_(3-x)CO_xO_y、NdBa_2Cu_(3-x)CO_xO_y 的超导电性

采用固相反应法制备了单相元素替代超导氧化物系列 GdBa_2Cu_(3-x)Co_xO_y,NdBa_2Cu_(3-x)Co_xO_y对这些样品的晶格常数和电阻-温度关系进行了测量,发现随掺杂量 x 的增加,①两系列样品均呈现出金属-半导体转变;②NdBa_2Cu_(3-x)Co_xO_y 出现一从正交到四方的结构相变,并且在发生该相变之前,超导电性已消失;③GdBa_2Cu_(3-x)Co_xO_y 的 T_c(x)随 x 变化近似成线性关系.取适当的 x_(cr),与 AG 曲线比较,发现在高含量区出现偏差.将本实验结果与 YBa_2Cu_(3-x)Co_xO_(7-δ)、YBa_2Cu_(3-x)Fe_xO_(7-δ),YBa_2Cu_(3-x)Ni_xO_(7-δ),GdBa_2Cu_(3-x)Fe_xO_(7-δ)等系列相应的结果作比较,认为磁性稀土元素与固有磁矩较大的过渡元素间很可能存在某种磁相互作用.同时还讨论了其它可能的拆对机制.     

高T_c氧化物Bi_(2-x)Pb_xSr_2Ca_2Cu_3O_y大块超导体的磁化和H_(c1)

高T_c氧化物 Bi_(2-x)Pb_xSr_2Ca_2Cu_3O_y(x=0.2,0.3,0.4,0.5)大块超导体的 Meissner 效应表明存在110K 和85K 两个超导相,并且以110K 相为主,抗磁转变起始于103K 附近.不同样品在77.3K 的磁化实验表明,当 x≤0.3时,H_(Cl)≈28Oe,当 x>0.3时,H_(cl)=25Oe.x=0.3的样品在不同温度下的磁化实验结果表明,在 T=77.3—95K 之间,H_(Cl)与 T 成线性关系,且 dH_(Cl)/dT=-1.07Oe/K.两个超导相的存在导致磁化曲线峰的拉宽,且拉宽程度与85K 相所占的比例有关.