低维超导的实验进展

超导自发现以来, 已成为凝聚态物理领域最重要的方向之一. 近年来, 低维材料制备技术的进步使得一维或二维的超导特性实验研究成为可能. 本文在简要介绍超导现象的基础上, 重点回顾了近些年二维超导薄膜和一维超导纳米线的制备和电输运研究, 以及在低维超导体中发现的相移、近邻效应、铁磁超导相互作用和高温超导等新奇的现象, 并对该领域的进一步发展做出了展望.     

重费米子材料与物理

作为典型的强关联电子体系,重费米子材料表现出丰富的量子基态,如反铁磁序、铁磁序、非常规超导、非费米液体、自旋液体、轨道序和拓扑态等.相比其他强关联电子体系,重费米子体系的特征能量尺度低,可以通过压力、磁场或掺杂等参量对不同量子态进行连续调控,因而是研究量子相变、超导及其相互作用的理想体系.本文简要介绍重费米子研究的发展历史和国内外研究现状,概述几类典型的重费米子材料,并简单阐述重费米子超导、量子相变和强关联拓扑态等前沿科学问题.     

1T-NbSeTe电子结构的角分辨光电子能谱

过渡金属二硫族化物因其广泛存在超导、电荷密度波等新奇的物理现象成为了近些年来凝聚态物理研究中的一大热点,同时这也为研究超导和电荷密度波等电子序之间的相互作用提供了典型的材料体系.本文利用角分辨光电子能谱对1T结构的NbSeTe单晶进行系统的研究,揭示了其电子结构.沿高对称方向的能带测量发现, 1T-NbSeTe布里渊区M点附近存在一个范霍夫奇点,能量位于费米能以下约250 meV处.对能带色散的仔细分析发现该体系中没有明显电子-玻色子(声子)耦合带来的能带扭折.基于上述实验结果,对过渡金属二硫族化物中电荷密度波和超导的产生以及1T-NbSeTe中电荷密度波和超导被抑制的可能原因进行了讨论.     

电子型超导材料的超流密度响应

超导电性是凝聚态物理学中研究的热点.超导材料基本构成分为电子型与空穴型.对于空穴型超导材料,其电子配对对称性普遍接受的是具有dx2-y2波对称性;而对于电子型超导材料,电子配对对称性是dx2-y2波对称性还是s波对称性,目前还存在着很大的争议.在线性近似下,dx2-y2波超导体超流密度是温度的线性函数,而s波超导体的超流密度是温度的指数函数.因此通过对超流密度的研究可以明确电子型超导材料的电子配对对称性.本文首先从微观t-t′-t″-J模型出发,通过隶波色子平均场近似,计及反铁磁关联序和超导配对项,得到两带超导哈密顿量,进而推导出两带超流密度.最后验证了电子掺杂型超导体电子配对对称性和空穴掺杂型一样,同样具有dx2-y2波对称性,和早期唯象的两带模型的研究相一致.明确超流密度随掺杂的变化,是两带准粒子随掺杂变化相互作用的结果.     

低维体系的不稳定性和电子关联

一维和二维体系的费米面会呈现叠套(nesting),于是,晶格结构和电子状态的重新调整(使费米面和布里渊区边界相互重合)可使体系能量降低而形成新的基态,这使低维体系具有不稳定性并产生相变,同时还会形成多种新型元激发(电荷密度波(CDW)、自施密度波(SDW)、孤子(soliton)、极化子(polaron)、分数电荷,spin bag,位相子等)。许多重要的低维体系(导电高分子、二维电子气、氧化物超导体的铜氧层等)都具有强电子耦合5研究电子关联对体系不稳定性的影响是当前凝聚态物理的重要课题。近年来,在此领域内,有两派相反的观点进行着激烈的争论:一派认为电子-电子相互作用会增强晶格不稳定性,而且增强得很多,以致不稳定性主要来自于电子-电子相互作用,电子-晶格相互作用是次要的。另一派则认为电子-电子相互作用会减弱晶格不稳定性,而不稳定性是由电子-晶格相互作用产生的。 本文首先描绘低维体系的不稳定性和各种基态及元激发的物理图象,接着介绍争论双方的论点,随后分析两派分歧的产生原因,进一步指出如何澄清这场争论。从中将说明,Hubbard模型的局限性会带来问题,解决争论的关键是正确地描述电子相互作用,由屏蔽效应而形成的相互作用力程是决定性的因素。当屏蔽较弱时(长程相互作用),电子相互作用的非对角部分比对角     

NbSe_3中滑动的电荷密度波

电荷密度波(CDW)的设想是由 peierls和 Froh.ltch在五十年代提出的.Peierls认为一维金属不稳定,周期性的晶格畸变使费米面出现能隙,结果变为绝缘体.晶格和电子电荷密度构成一个新的周期系统,其波长λ和原晶格周期a是有公度的,即a/λ是一个简单的有理分数.Frohlich考虑无公度的CDW,他认为整个CDW可以在晶格内滑动,从而提高了电导率.七十年代初,很多物理学家对准一维和准二维系统发生兴趣,结果发现了很多CDW材料,典型的有四硫富瓦烯(TTF)-四腈对苯醌二甲烷(TCNQ)有机金属导体,I1-TaS2,2H-TaSe2等层结构(1T表示一层三方的单胞结构,…     

低维体系的不稳定性和电子关联

一维和二维体系的费米面会呈现叠套(nesting),于是,晶格结构和电子状态的重新调整(使费米面和布里渊区边界相互重合)可使体系能量降低而形成新的基态,这使低维体系具有不稳定性并产生相变,同时还会形成多种新型元激发(电荷密度波(CDW)、自施密度波(SDW)、孤子(soliton)、极化子(polaron)、分数电荷,spin bag,位相子等)。许多重要的低维体系(导电高分子、二维电子气、氧化物超导体的铜氧层等)都具有强电子耦合5研究电子关联对体系不稳定性的影响是当前凝聚态物理的重要课题。近年来,在此领域内,有两派相反的观点进行着激烈的争论:一派认为电子-电子相互作用会增强晶格不稳定性,而且增强得很多,以致不稳定性主要来自于电子-电子相互作用,电子-晶格相互作用是次要的。另一派则认为电子-电子相互作用会减弱晶格不稳定性,而不稳定性是由电子-晶格相互作用产生的。 本文首先描绘低维体系的不稳定性和各种基态及元激发的物理图象,接着介绍争论双方的论点,随后分析两派分歧的产生原因,进一步指出如何澄清这场争论。从中将说明,Hubbard模型的局限性会带来问题,解决争论的关键是正确地描述电子相互作...更多用,由屏蔽效应而形成的相互作用力程是决定性的因素。当屏蔽较弱时(长程相互作用),电子相互作用的非对角部分比对角     

铁基超导体Minimum模型中的d波和扩展s波

对比研究了Minimum模型中d-波配对和扩展s-波配对的基本性质.结果表明,超导序参量按类BCS关系随温度变化,重整化参数t对超导有抑制作用,当t足够大时,超导消失,系统进入正常金属相.此外,讨论了超导序参量随不同参量的变化关系.对于d波,系统有稳定态;而对于扩展s波,系统则没有稳定态.     

铁基超导体系中的竞争序

文章简要介绍铁基超导体系中存在的一种竞争序,即超导与自旋密度波有序之间的竞争,它是理解铁基超导体物理性质与机理的基础.     

有机分子插层调控二维关联电子系统的研究进展

在采用机械解理方法制备的二维关联电子系统薄层样品中,人们观察到了丰富的新奇物性.发展新的宏观二维块材制备方法,有可能在块体材料中发现与薄层样品类似的新奇物性.结合传统的表征手段,可以进一步地加深对低维系统的理解,并将这些新奇物性推向潜在的应用领域.本文将介绍一类有机分子插层调控二维关联电子系统的方法,重点介绍层状结构材料在有机分子插层后结构和物理性质的变化,分析其演化过程.文章将介绍有机分子插层法在热电、磁性、电荷密度波和超导电性等物性调控方面的研究进展.     

低维俘获原子的玻色-爱因斯坦凝聚中的有限粒子数效应

基于Thomas-Fermi近似,通过对配分函数的高温展开确定了体系的有效态密度，得到了在忽略相互作用下，低维受俘获原子玻色爱因斯坦凝聚的临界温度,并计算出了临界温度附近体系的比热容随温度的变化行为.研究结果表明：二维情况下，体系的比热容c正比于T²;而在一维情况下，c随温度呈线性增加. 关键词： 玻色-爱因斯坦凝聚 有限粒子数 低维束缚势 Thomas-Fermi近似     

电荷密度波超导体中的软声子和喇曼散射

基于Balseiro和Falicov的概念,我们用一个简单模型计算了电荷密度波(CDW)与超导共存系统中被电声子相互作用重整化的CDW振幅模式的谱函数A(ω),所得的A(ω)在ω≤2G(G为CDW带隙)区域有一个权重相当大的δ函数型的峰,而在ω>2(G²十△²)^1/2(△为超导能隙)区域是比较宽的连续谱,固定G,当△减少时峰的强度显著降低,但其位置仅有较小的变化;与此同时连续谱的权重增加,这些特点与Sooryakumar和Klein在电荷密度波超导体2H-Nbse₂中发现的喇曼出线的能隙模式的行为是一致的。 关键词：     

表面原子操纵与物性调控研究进展

利用扫描隧道显微镜可以在单原子层次上对材料进行操纵,改变其结构与特性,实现原子级结构与物性的精准调控.近年来,扫描隧道显微镜原子操纵技术被广泛用于新型低维材料的精准构筑与物性调控.本文主要介绍应用原子操纵技术对低维材料物性调控的最新研究进展,总结了4种主要探针操纵模式:1)探针局域电场模式; 2)调节探针-样品垂直间距模式; 3)无损形态调控模式; 4)可控裁剪刻蚀模式.通过这些探针操纵模式引入局域的电场、磁场、应力场等,实现在单原子层次上对低维材料的电荷密度波、近藤效应、非弹性隧穿效应、马约拉纳束缚态等新奇物性进行精准地调控.     

红外光谱在铁基超导材料研究中的应用

红外光谱作为一种体测量手段在非常规超导材料的研究中占有非常重要的地位。本文介绍傅立叶变换红外光谱的基本原理,用来测量固体材料绝对反射率的原位镀膜技术,数据分析中常用的方法和理论模型,以及如何利用该技术手段观测和研究铁基超导材料中的超导能隙,电子配对对称性,自旋密度波能隙,非费米液体行为,晶格振动模式,以及不同相之间的相互关系和不同激发之间的相互作用等超导研究中的重要问题。     

晶格振动模式密度研究

晶格振动模式密度(声子态密度)即单位频率间隔内的模式数,是反映声子在波矢空间分布疏密程度的物理量.为了准确地求出晶格热容量随温度的变化关系,必须用较精确的办法计算出晶格振动的模式密度,进而掌握材料的热力学性质.一般教材中对该部分的讲解晦涩难懂,本文从晶格振动的物理意义开始,分析说明并推导一维、二维、三维不同体系的晶格振动模式密度公式,进而求出德拜模型下不同体系晶格热容公式.     

超导材料的混沌现象

讨论了一维稳态和发展型Ginzburg-Landau(缩写为G-L)超导方程组,从数学上论证了常稳态解的不稳定性及无穷维动力系统在行波解意义下的极限集之存在性.指出G-L超导方程组描述的超导材料具有作者意义下的无穷维动力系统的混沌现象,即超导材料在传导中可能出现奇特现象 关键词： 超导材料 G-L超导方程组 无穷维动力系统 混沌现象     

n-p 共掺杂材料体系自旋电子学性质研究进展

掺杂在调控材料体系的物理化学性质方面起着重要的作用.n-p 共掺杂方法借助n 型和p 型掺杂物间强的静电相互作用, 能够解决一些材料体系研究中存在的关键性问题, 进而有效的改进这些体系的某方面特殊性质.本文中, 将首先介绍n-p 共掺杂方法; 然后, 分别从非补偿性n-p 共掺杂和补偿性n-p 共掺杂出发, 对近些年来, 明确利用n-p 共掺杂方法, 在稀磁半导体、 石墨烯以及拓扑绝缘体等不同材料体系自旋电子学性质的相关研究进行详细介绍, 并对n-p 共掺杂方法在未来研究中的可能应用进行展望     

低维材料物性的非均匀应变调控

探索低维材料的新奇物性是当前凝聚态物理和材料科学基础研究的一个重要前沿.应变是调控低维材料物性的一个重要手段.相比于块体材料,低维材料通常具有良好的力学柔韧性,并表现出敏锐的结构-电子响应关系,因此可以通过结构变形对材料电子性质进行有效调控.本文主要目的是介绍二维材料中通过非均匀应变获得新奇物性的研究进展.主要讨论两个效应,即赝磁场效应和挠曲电效应.具体来说,通过解析理论、实验进展、计算模拟以及围绕这些效应的应用等方面介绍相关研究进展.从计算模拟的角度看,由于非均匀应变破坏了晶体的平移对称性,基于周期性边界条件的量子力学计算方法如第一性原理不再适用.本文将介绍一个专门用来模拟非均匀应变的原子级计算方法,即广义布洛赫方法,并简要介绍该方法的一些具体应用.     

重费米子超导理论和材料研究进展

重费米子超导体是一类典型的强关联和非常规超导系统,超导的产生与量子临界涨落有着紧密的关系.在实际材料中,不同结构体系的重费米子超导体往往表现出非常不同的竞争序和超导性质,表明f电子的行为对材料的结构特征具有敏感依赖性.特别是最近几年的超导实验研究,表明具体材料的实际电子结构对重费米子超导的性质具有重要影响.本文将简要介...     

纳米材料热传导中的新奇物理效应

纳米尺度热传导是物理科学、材料科学和工程热物理等相关学科的研究热点。除基础研究上的意义外,这个方向的研究在微纳米器件温度控制、新能源、热防护等重大工程技术领域也有着重要的应用价值。文章主要介绍一维、二维纳米材料(包括纳米管、纳米线、石墨烯及其他二维材料)的热传导性质。由于篇幅所限,文章集中讨论在低维体系热传导中的新奇物理效应,如碳纳米管热导率随长度的发散行为,硅纳米线中的声子相干性,以及石墨烯热传导性质的尺寸效应。文章侧重强调低维纳米材料热传导与宏观体材料热传导特性的本质区别。