基于同步輻射實驗方法的低維系統(tǒng)物理性質研究.pdf

1、本論文介紹了我利用基于同步輻射的非彈性x光散射和角分辨光電子譜實驗方法研究低維物理系統(tǒng)的一些工作。非彈性x光散射和角分辨光電子譜技術是兩個互補的技術，非彈性x光散射探測的是電荷密度關聯函數，告訴我們系統(tǒng)電子激發(fā)的信息；而角分辨光電子譜測到的是單粒子譜函數，告訴我們電子結構信息。依照維度的順序，從低到高，本論文先從近似零維的有機小分子開始，而后是準一維的無機Mott絕緣體和有機鏈狀導體，最后介紹我的關于準二維的高溫超導體Bi2201系統(tǒng)的

2、工作。 我們首次將非彈性x光散射技術(IXS)運用于研究有機系統(tǒng)。證明了非彈性x光散射對有機系統(tǒng)是可見的。對于有機光學材料中的激子研究，之前電子能量損失譜(EELS)已有一些工作，這些工作得到了對于共軛有機分子來說，激子尺寸是分子尺寸而和分子具體結構無關的結論。但是對于EELS的數據解釋，一直以米都存在爭議。我們的工作提出了一個實驗上的反例證明了之前對于EELS結果的解釋是錯誤的。并且結合ZINDO/SCI的量子化學計算方法，我

3、們發(fā)現對于Py-SO這樣的有機復雜小分子系統(tǒng)，最低能量的激子尺度僅局限于一個分子中小的區(qū)域。推翻了之前EELS得到的結論。我們還觀察到了最低能量激子的有限色散，約為130meV。說明分子間的作用在該系統(tǒng)中并不能完全忽略。我們的結果對于光學功能材料的設計有著指導意義，尤其是那些基于激子的轉移和運動的材料。在成功將IxS應用于有機系統(tǒng)后，我們進一步研究了C60單晶系統(tǒng)。并得到了很漂亮的實驗結果。對不同方向的能量損失譜比較，發(fā)現結果完全一致，

4、說明我們得到的是C60分子中激發(fā)的信息，分子間的作用很弱。進一步的分析正在進行中。 對于一維系統(tǒng)的研究，我主要利用共振x光非彈性散射研究了無機Mott絕緣體Sr<,2>CuO<,3>。系統(tǒng)和利用角分辨光電子譜研究了有機導體TTF-TCNQ系統(tǒng)。 對于一維的量子自旋系統(tǒng)Sr<,2>CuO<,3>的研究。和以前的工作不同，這個工作的實驗是在Cu的ls到3d吸收邊作的，得到和Cu 3d軌道相關的電子激發(fā)的更直接的信息。能量損失

5、譜顯示系統(tǒng)能量最低的激發(fā)約在2.0eV，比在ls到4p邊得到的最低峰能量小了約0.6eV。且實驗觀察到的該特征峰的色散約有0.2ev，周期為n。這和在ls到4p觀察到的結果都不一樣，和光學測量結果比較，我們認為這個低能激發(fā)應該是d-d間的激發(fā)。 對于一維有機鏈狀導體TTF-TCNQ，通過對角分辨光電子譜結果的細致研究，我們發(fā)現存在一些反常的奇怪現象。我們觀察到了約100meV的贗能隙存在，而且譜中有很寬的“準粒子”峰線型。另外，

6、散射率和能量的關系表現出了類似費米液體的二次型行為，而且電阻率的測量也有類似現象。我們的工作，為理論提出了新的問題。 對于銅氧化物超導體的研究，之前主要集中在欠摻雜區(qū)。而對過摻雜區(qū)，特別是超過摻雜區(qū)的研究較少。而要對高溫超導機理有全面理解，對超過摻雜區(qū)的了解也是比不可少的。本工作利用角分辨光電子譜(ARPES)對單層的高溫超導體Bi2201系統(tǒng)過摻雜，特別是超過摻雜區(qū)作了系統(tǒng)研究。超過摻雜區(qū)樣品摻雜程度到超導消失。我們的得到的結

7、果顯示電一聲相互作用對于節(jié)點方向的準粒子行為是占主導地位的。而在反節(jié)點區(qū)域，磁漲落的影響起了關鍵作用。我們的發(fā)現為目前存在的爭論提供了又一個新的實驗證據。另外，盡管在高摻雜的地方伴隨著超導電性的逐漸消失，長程的磁漲落消失了。但是我們發(fā)現短程的磁漲落依然決定了準粒子的色散，這個區(qū)域的關聯依然很強。而且，我們發(fā)現對于整個過摻雜區(qū)，系統(tǒng)依然表現“奇異金屬”性質，而不像之前認為的那樣，是“正常金屬”。 上述實驗結果表明低維體系中存在著很