高溫超導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和超導(dǎo)電性以及摻雜錳氧化物Sr-,1-x-Ce-,x-MnO-,3-磁電性質(zhì)的研究.pdf

1、高溫超導(dǎo)電性的研究無論是在基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域還是在潛在的應(yīng)用前景方面都具有重大的意義，因此一直是凝聚態(tài)物理研究的熱點(diǎn)之一。銅氧化物高溫超導(dǎo)體包含了豐富而奇異的物理現(xiàn)象，諸如贗能隙、電荷有序等。對這些物理現(xiàn)象的認(rèn)識和理解，將會(huì)對強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系的研究有重要的推動(dòng)作用。迄今為止發(fā)現(xiàn)的所有系列的銅氧化物高溫超導(dǎo)體均屬于摻雜超導(dǎo)體，它們都是在具有長程反鐵磁絕緣母體基礎(chǔ)上，通過部分化學(xué)摻雜或改變氧含量引入空穴型或電子型載流子到CuO2面上而得到的。因此，

2、研究摻雜或元素替代對銅氧化物體系的結(jié)構(gòu)和超導(dǎo)電性的影響具有重要的意義。 錳氧化物作為一種典型的強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系表現(xiàn)出許多吸引人的物理現(xiàn)象，特別由于該體系所表現(xiàn)出的龐磁電阻CMR效應(yīng)在提高磁存儲(chǔ)密度以及磁敏感探測元件上具有十分廣闊的應(yīng)用前景，因而受到人們的廣泛關(guān)注。由于電子型摻雜的錳氧化物和空穴摻雜的錳氧化物結(jié)合在一起，可能在自旋電子學(xué)方面存在重要的應(yīng)用，因此，近年來電子型摻雜的錳氧化物研究也引起了人們的高度重視。此外，對電子型摻雜

3、錳氧化物的研究還有助于豐富CMR材料的物理內(nèi)容，從而為進(jìn)一步理解CMR機(jī)制奠定基礎(chǔ)。因此，有必要對電子型摻雜錳氧化物的性質(zhì)進(jìn)行進(jìn)一步研究。 本論文主要分為兩部分：首先研究了摻雜對高溫超導(dǎo)體Bi2Sr2Ca2Cu3Oz(Bi—2223)和La3CaBa3Cu7Oy(La—3137)體系的結(jié)構(gòu)和超導(dǎo)電性的影響；然后研究了電子型摻雜錳氧化物Sr1—xCexMnO3的結(jié)構(gòu)、磁性和電輸運(yùn)性質(zhì)。本論文共分五章，每章的主要內(nèi)容概括如下：

4、 第一章首先概述了超導(dǎo)體的基本物理性質(zhì)和研究進(jìn)展，介紹了高溫超導(dǎo)體Bi2Sr2Ca2Cu3Oz(Bi—2223)和La3CaBa3Cu7Oy(La—3137)體系的結(jié)構(gòu)特征和超導(dǎo)機(jī)制等；然后介紹了磁電阻效應(yīng)的研究進(jìn)展和鈣鈦礦結(jié)構(gòu)錳氧化物的相關(guān)物性。 第二章主要研究了等量的K+和Nd3+分別替代Sr2+和Ca2+的Bi1.8Pb0.4Sr2—xKxCa2—yNdyCu3Oz(x=0，0.01，0.02，y=0，0.01，0.02

5、)單摻效應(yīng)以及雙摻效應(yīng)。通過X射線衍射(XRD)技術(shù)、掃描電子顯微鏡(SEM)、電阻率、磁性和拉曼光譜測量對樣品的結(jié)構(gòu)和物性做了表征。室溫XRD測量表明所有摻雜的樣品都是Bi—2223相，用Rietveld技術(shù)擬合得到所有樣品是四方結(jié)構(gòu)的，空間群是14/mmm。隨著摻雜的不同，樣品的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tconset從99K變化到110K。與不摻雜的樣品相比，單摻K的樣品其超導(dǎo)電性和臨界電流密度都有了明顯改善，這主要由于單摻K的樣品晶界的改善。

6、 第三章主要研究Sr摻雜的La3Ca1—xSrxBa3Cu7Oy(0≤x≤1.0)體系的結(jié)構(gòu)和超導(dǎo)電性。通過X射線衍射技術(shù)、電阻率、磁性、掃描電子顯微鏡和拉曼光譜的測量對樣品的結(jié)構(gòu)和物性做了表征。XRD結(jié)果表明，Sr可以完全替代Ca而不引入任何雜相。電阻率和磁性測量結(jié)果表明樣品的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc和臨界電流密度Jc都隨著Sr含量的增加而減小。通過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，我們認(rèn)為Sr2+和Ca2+離子半徑的差異使得Sr摻雜的樣品引入了氧空

7、位和無序，這是樣品結(jié)構(gòu)改變和超導(dǎo)電性被壓制的主要原因。 第四章主要研究了Sr1—xCexMnO3(0.05≤x≤0.30)體系的結(jié)構(gòu)、磁和電輸運(yùn)性質(zhì)。XRD結(jié)果表明，部分Ce替代Sr能夠穩(wěn)定SrMnO3的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。磁性和電輸運(yùn)測量結(jié)果表明該體系出現(xiàn)了本征的非均勻性(反鐵磁絕緣相與鐵磁金屬相共存的狀態(tài))，即相分離行為。這種相分離是由于Ce摻雜引入的A位無序效應(yīng)導(dǎo)致的。部分的Ce代替Sr會(huì)導(dǎo)致A位離子無序分布，這種無序?qū)е铝嗽谠R