Sr2CuO3+δ高溫超導(dǎo)樣品中微結(jié)構(gòu)的同步輻射研究.pdf

1、能源是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展所面臨的一大挑戰(zhàn)，其中，能源傳輸損耗是長(zhǎng)期困擾人們的一大難題，開(kāi)發(fā)具有零電阻、邁斯納效應(yīng)、約瑟夫森效應(yīng)等多種優(yōu)異特性的超導(dǎo)材料成為解決這一難題的主要方案之一。近年來(lái)，高溫超導(dǎo)材料的出現(xiàn)使得超導(dǎo)材料被廣泛的應(yīng)用到軍事、醫(yī)療、工業(yè)、電力等社會(huì)的各個(gè)方面，但目前可用的高溫超導(dǎo)材料仍需在制冷條件下使用，最高超導(dǎo)臨界溫度只到～160K。為了降低運(yùn)行成本，研究具有更高臨界溫度Tc的高溫超導(dǎo)材料甚至室溫超導(dǎo)顯得尤為重要。但是，提高T

2、c的研究目前遇到了瓶頸，這主要是由于缺乏一個(gè)統(tǒng)一的理論來(lái)解釋清楚高溫超導(dǎo)電性機(jī)理，材料開(kāi)發(fā)缺乏理論指導(dǎo)。高溫超導(dǎo)機(jī)理解釋的困難主要在于材料中各種序參量——電荷、軌道、自旋、晶格等之間的強(qiáng)關(guān)聯(lián)作用，這些復(fù)雜相互作用常常導(dǎo)致微觀(guān)結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)。大量的實(shí)驗(yàn)研究表明，微結(jié)構(gòu)的變化與高溫超導(dǎo)電性密切相關(guān)。為進(jìn)一步理解高溫超導(dǎo)材料的微結(jié)構(gòu)與超導(dǎo)電性的關(guān)系，我們利用同步輻射相關(guān)技術(shù)對(duì)典型單銅氧層銅基高溫超導(dǎo)材料的晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的表征和研究。

3、具體地，本論文利用同步輻射共振X射線(xiàn)衍射(RXD)技術(shù)表征了高溫超導(dǎo)材料Sr2CuO3+δ中與超導(dǎo)電性相關(guān)的超晶格調(diào)制結(jié)構(gòu)隨溫度的演化，同時(shí)利用同步輻射X射線(xiàn)吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)(XAFS)譜學(xué)技術(shù)研究了Sr2CuO3+δ粉末樣品中銅元素附近的局域晶格畸變，結(jié)合二者討論了該材料中超晶格調(diào)制結(jié)構(gòu)形成的原因及超晶格調(diào)制結(jié)構(gòu)與超導(dǎo)電性的關(guān)系;然后，利用同步輻射偏振XAFS技術(shù)研究了Sr2CuO3+δ材料中一直具有爭(zhēng)議的氧空位占位問(wèn)題;最后，利用同步輻

4、射偏振X射線(xiàn)吸收譜(XAS)技術(shù)研究了該材料的各向異性的電子結(jié)構(gòu)。以上結(jié)果加深了我們對(duì)銅基高溫超導(dǎo)材料超導(dǎo)機(jī)理的理解。
　　第一章介紹了超導(dǎo)材料的發(fā)展歷程，并指出目前存在的主要科學(xué)問(wèn)題。首先，闡述了超導(dǎo)材料的研究進(jìn)展，以及銅基高溫超導(dǎo)材料的研究現(xiàn)狀;其次，回顧了本論文主要研究的Sr2CuO3+δ高溫超導(dǎo)材料的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展并指出了進(jìn)一步研究的必要性;最后，給出本論文的研究對(duì)象、研究?jī)?nèi)容，以及擬解決的科學(xué)問(wèn)題。
　　第二章詳細(xì)

5、介紹了該論文研究中所涉及的同步輻射實(shí)驗(yàn)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)方法，包括同步輻射XAFS技術(shù)、同步輻射XAS技術(shù)、同步輻射RXD技術(shù)等。
　　第三章，我們分別采用同步輻射XAFS技術(shù)和同步輻射RXD技術(shù)對(duì)Sr2CuO3+δ粉末樣品在超導(dǎo)轉(zhuǎn)變前后的微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仔細(xì)研究。變溫RXD發(fā)現(xiàn)在120K左右出現(xiàn)了新的調(diào)制結(jié)構(gòu)相，變溫XAFS也表明Sr2CuO3+δ粉末中銅元素局域配位在該溫度也出現(xiàn)晶格畸變和微弱的有序信號(hào)，暗示著局域晶格畸變是與新的調(diào)制結(jié)構(gòu)

6、相關(guān)的;同時(shí)，新的調(diào)制結(jié)構(gòu)在超導(dǎo)臨界溫度左右完全形成，并且在超導(dǎo)臨界溫度以下一直存在，因此，我們認(rèn)為新發(fā)現(xiàn)的調(diào)制結(jié)構(gòu)是與超導(dǎo)轉(zhuǎn)變密切相關(guān)的。
　　第四章，我們選擇Sr2CuO3+δ單晶樣品作為研究對(duì)象，利用同步輻射偏振XAFS技術(shù)和偏振XAS技術(shù)分別在Cu K邊和L23邊研究了Sr2CuO3+δ單晶樣品的各向異性的局域配位結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)。偏振XAFS的實(shí)驗(yàn)結(jié)果指出，Sr2CuO3+δ單晶樣品中的氧空位既存在于銅氧面內(nèi)又存在于頂角位