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强关联电子系统超导电性的高压研究

高压物理学报 2022年第1期36卷 1-18页

作者：郭静孙力玲中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家研究中心北京100190 松山湖材料实验室广东东莞523808 中国科学院大学北京100049

具有强关联电子特性的凝聚态系统中,电子间的强关联性主导系统的宏观量子特性。这类系统具有电荷、自旋、轨道、晶格及拓扑等多重自由度,这些自由度强烈耦合,产生复杂的多体相互作用,导致系统出现丰富奇异的量子现象,如非常规超导电性... 详细信息

具有强关联电子特性的凝聚态系统中,电子间的强关联性主导系统的宏观量子特性。这类系统具有电荷、自旋、轨道、晶格及拓扑等多重自由度,这些自由度强烈耦合,产生复杂的多体相互作用,导致系统出现丰富奇异的量子现象,如非常规超导电性、庞磁电阻、金属-绝缘体转变、拓扑量子相变等。其中,非常规超导体的研究于近几十年取得了不少进展,例如发现了铜氧化物高温超导电性和铁基超导体,然而导致非常规超导电性的原因,尤其是对高温超导电性的机理认识目前尚不清楚,非常规超导机理一直是凝聚态物理研究领域中最具挑战性的问题之一。为此,简要介绍了近年来我们通过高压实验手段在重费米子超导体、铜氧化物超导体和铁基超导体这3类主要的非常规超导体研究中取得的进展、发现的新现象以及反映的新物理机理,包括磁性和超导电性的演化关系、价态变化对超导电性的影响、铜氧化物的普适压力相图等,旨在提供非常规超导体在高压研究方面的一些实验新进展,以期为更好地理解非常规超导的微观机理提供压力维度下的一些信息。

关键词：高压强关联电子系统超导电性磁有序

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强关联电子系统中的热输运测量

物理学进展 2022年第6期42卷 207-231页

作者：承舒凡徐豪鲍嵩温锦生南京大学物理学院固体微结构物理国家重点实验室南京210093 人工微结构科学与技术协同创新中心南京大学南京210093

当考虑电子间的库伦排斥相互作用,以及电荷、自旋和轨道之间的相互耦合时,诸多超越了近自由电子框架的新奇量子态涌现而出,如非常规超导态和量子自旋液体等。对这些新奇物态的认知不仅会拓展现有的知识框架,也有望引发新一轮的量子科技... 详细信息

当考虑电子间的库伦排斥相互作用,以及电荷、自旋和轨道之间的相互耦合时,诸多超越了近自由电子框架的新奇量子态涌现而出,如非常规超导态和量子自旋液体等。对这些新奇物态的认知不仅会拓展现有的知识框架,也有望引发新一轮的量子科技革命。因此,对强关联物理的研究是当下凝聚态物理领域的前沿课题。铜基高温超导体的母体是一种莫特绝缘体,在传统的能带论之下被预言为金属态。然而电子间的强关联行为使得它表现出绝缘体的性质。由于莫特绝缘体中库伦相互作用致使能隙打开并冻结其中的电荷自由度,所以在该体系中难以开展电输运性质的测量研究。作为一种对于元激发(不仅包括电子,还包括磁振子、自旋子等)敏感的探针,热输运测量在强关联电子系统的研究中发挥着重要的作用。本文回顾了近些年在非常规超导、重费米子系统和量子自旋液体研究中一些有趣的纵向热输运性质的研究成果,并与我们近期发表的运用横向热导率测量热霍尔现象的综述文章相互补充。

关键词：强关联电子系统非常规超导铜基超导重费米子量子自旋液体几何阻挫热导率塞贝克系数

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关联电子系统的动力学平均场理论

关联电子系统的动力学平均场理论

作者：陈泽宇兰州大学

学位级别：硕士

动力学平均场理论(DMFT)目前已经是一套较为成熟的处理强关联电子系统的理论,也是一套可靠的电子结构计算方法。在系统的维度趋于正无穷时,DMFT已经对Falicov-Kimball模型精确可解,对Hubbard模型的处理也比较完善,但对存在电子与自旋耦... 详细信息

动力学平均场理论(DMFT)目前已经是一套较为成熟的处理强关联电子系统的理论,也是一套可靠的电子结构计算方法。在系统的维度趋于正无穷时,DMFT已经对Falicov-Kimball模型精确可解,对Hubbard模型的处理也比较完善,但对存在电子与自旋耦合系统的研究还较为欠缺。本次毕业论文中我首先回顾DMFT处理各种强关联电子系统的理论方法和结果分析,借助之前的思路主要研究存在电子与自旋耦合的Ising-Kondo模型,并计算系统的响应函数,得到系统的热力学性质并研究系统的相变。同时与Hubbard-I近似与蒙特卡洛方法比较,验证DMFT结果的可靠性。Ising-Kondo模型是各向异性极限下的Kondo模型,由于z方向局域自旋与模型的哈密顿量对易,因此在选择z方向局域自旋的本征态作为基矢时,模型的哈密顿量可以简化为一个有效的自由电子模型,其在数值上精确可解。我们计算了Ising-Kondo晶格模型的线性响应,并用DMFT计算顺磁态下系统的态密度、能量密度、电荷压缩率、电荷磁化率,与蒙特卡洛方法进行比较在定性上验证了结果的准确性,并得到了系统发生Mott相变的结论。对于反铁磁的Ising-Kondo模型,通过DMFT的理论推导可以发现磁性序参量与裸格林函数有关,此时自洽方程的形式比较复杂,难以进行迭代计算,之前顺磁态的DMFT计算方式不适用于磁性系统,因此可以考虑用其他解析或数值方法作为杂质求解器计算磁性序参量的可靠值。键算符表示的平均场理论以局域自旋之间形成的键(单重态和三重态)作为基本对象,将其作为新的玻色型动力学变量后对系统进行平均场近似处理,这种方法已经有效处理了近藤项链模型与近藤晶格模型并且得到了近藤模型的一些物理性质。参考上述研究,我们用键算符平均场理论处理近藤晶格模型,将电子算符和自旋算符改写成玻色子与费米子的键算符表示形式。通过施加约束条件(即拉格朗日乘子项)可以将模型的哈密顿量进行改写,并假设系统存在单重态和三重态的玻色子凝聚,从而对模型进行平均场近似,得到对角化的哈密顿量。由于这种近似过程忽略了横向和纵向的自旋涨落,因此可以认为是Ising-Kondo模型的一种近似。此时我们可以得到系统的能带和基态能量,通过求解平均场方程,可以计算不同相互作用下的磁性序参量和磁化,并且得到系统发生反铁磁态-顺磁态相变的物理结果。在本课题中,我们结合蒙特卡洛方法对动力学平均场理论得到的结果进行比较。可以看到对于研究非磁性系统DMFT方法得到的结果是较为可靠的,可以较好的研究系统的Mott相变。但由于DMFT方法将格点进行自能修正后等效于每个格点,在系统维度趋于无穷大时忽略了系统的空间涨落效应,而自旋自由度的涨落依赖于系统的空间变化,无论是存在磁性序参量的自旋波激发或者量子自旋液体中的自旋子激发,DMFT都没有包含这些内容,因此这个方法对于研究磁性系统存在局限性。在本文中我们借助键算符平均场理论的方法研究反铁磁态的Ising-Kondo模型,弥补了DMFT研究磁性系统的不足,在未来的研究中也可以探索将两种方法结合的可能性。

关键词：强关联电子系统动力学平均场理论伊辛-近藤模型键算符表示

钙钛矿结构Pr_(1-x)CaxMnO_3薄膜中电脉冲诱导电阻值变化的理论研究

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物理学报 2007年第3期56卷 1637-1642页

作者：李倩王之国刘甦邢钟文刘楣东南大学物理系南京210096 休斯敦大学物理系

建立一个有效的三明治隧穿模型研究在Pr1-xCaxMnO3薄膜中电流脉冲引起的电阻改变(EPIR)性质,发现载流子在三明治结构各区域间的隧穿概率以及在不均匀界面层的导通概率对材料的EPIR值产生重要影响.还研究了电流-电压曲线中的迟滞效应,得... 详细信息

建立一个有效的三明治隧穿模型研究在Pr1-xCaxMnO3薄膜中电流脉冲引起的电阻改变(EPIR)性质,发现载流子在三明治结构各区域间的隧穿概率以及在不均匀界面层的导通概率对材料的EPIR值产生重要影响.还研究了电流-电压曲线中的迟滞效应,得到的结果与近年来的文献报道一致.

关键词：强关联电子系统金属氧化物界面隧穿

重电子金属CeCu_(6-x)Ni_x低温电阻与比热的研究

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物理学报 2002年第1期51卷 129-133页

作者：孟继宝陈兆甲雒建林白海洋汪卫华郑萍张杰苏少奎金铎王玉鹏中国科学院物理研究所极端条件物理实验室北京100080 重庆大学应用物理系重庆400044

测量了重电子金属CeCu6 -xNix(x =0 ,0 0 5 ,0 1,0 15 ,0 2 ) 0 1K— 2 5 0K的低温电阻和 5K— 70K低温比热 ,发现样品电阻的极大值温度随着掺Ni含量的增大而急剧下降 ,这一现象反映少数与Ni邻近的Ce离子在极低温下磁矩的加强和整... 详细信息

测量了重电子金属CeCu6 -xNix(x =0 ,0 0 5 ,0 1,0 15 ,0 2 ) 0 1K— 2 5 0K的低温电阻和 5K— 70K低温比热 ,发现样品电阻的极大值温度随着掺Ni含量的增大而急剧下降 ,这一现象反映少数与Ni邻近的Ce离子在极低温下磁矩的加强和整个Ce离子点阵对导电电子相干散射的减弱 .与此相反 ,低温电子比热系数γ在较低温度下近于常数 ,而在 8K附近因有效质量变大而明显上升 ,但γ明显上升的温度 ,对Ni的含量却不敏感。

关键词：重费米子系统低温比热低温电阻重电子金属强关联电子系统 CeCu6-xNix 铈铜镍

Fe掺杂对自旋梯状化合物Sr_(14)(Cu_(1-y)Fe_y)_(24)O_(41)的结构和电输运性质的影响

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物理学报 2006年第7期55卷 3480-3487页

作者：胡妮谢卉汪丽莉林颖熊锐余祖兴汤五丰石兢武汉大学物理科学与技术学院教育部声光材料与器件重点实验室中国科学院国际材料物理中心沈阳110016

采用常规的固相合成法分别制备了Fe3+掺杂和2/3Fe3++1/3Fe2+混合Fe离子掺杂的两组Sr14(Cu1-yFey)24O41系列样品.X射线衍射分析显示,当Fe3+离子的掺杂量y≤0.03以及2/3Fe3++1/3Fe2+混合Fe离子掺杂量y≤0.02时,样品呈较纯的单相,并且对于... 详细信息

采用常规的固相合成法分别制备了Fe3+掺杂和2/3Fe3++1/3Fe2+混合Fe离子掺杂的两组Sr14(Cu1-yFey)24O41系列样品.X射线衍射分析显示,当Fe3+离子的掺杂量y≤0.03以及2/3Fe3++1/3Fe2+混合Fe离子掺杂量y≤0.02时,样品呈较纯的单相,并且对于每组样品,随着掺杂离子含量的增加,样品的晶格常数a,b的值逐渐减小.电输运性质的测试分析表明,Fe3+掺杂系列样品中随Fe3+离子含量的增加,样品的电阻率单调减小,揭示了Cu2O3自旋梯子上的空穴载流子浓度增加.进一步分析显示在电阻与温度关系曲线上存在一个渡越温度Tρ,在Tρ上下Sr14(Cu1-yFey)24O41系统存在两种导电机理在Tρ以上,自旋梯子上单个空穴的热激发对电导有贡献;在Tρ以下,一维配对的局域化的空穴跳跃电导起主要作用.2/3Fe3++1/3Fe2+混合Fe离子掺杂样品的输运性质呈现非单调变化的趋势.讨论给出了掺杂引起晶格常数变化与电输运性质变化的关联机理.

关键词：强关联电子系统自旋梯状结构化合物晶体结构电输运性质

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电场调控磁性的研究进展:材料、机制与器件

科学通报 2021年第16期66卷 2042-2060页

作者：崔彬成彬胡季帆山东大学物理学院济南250100

电控磁效应利用电场作用实现对材料磁学特性的调控,对推动低能耗、高速度、高密度自旋电子学器件的发展具有重要意义.本文将以电控磁的机制为主线展开,按照载流子调控、应变、交换耦合、轨道重构和离子迁移5种机制,从材料、性能和器件... 详细信息

电控磁效应利用电场作用实现对材料磁学特性的调控,对推动低能耗、高速度、高密度自旋电子学器件的发展具有重要意义.本文将以电控磁的机制为主线展开,按照载流子调控、应变、交换耦合、轨道重构和离子迁移5种机制,从材料、性能和器件应用的角度对电场调控磁性领域的研究进展进行系统总结和归纳,以期尽量全面地为读者呈现出该领域的发展现状,并展望领域内的挑战和未来的发展方向.

关键词：电控磁效应自旋电子学磁电耦合磁性材料与器件强关联电子系统

Zn含量对重电子金属CeCu_(6-x)Zn_x低温性质的影响

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物理学报 2002年第12期51卷 2812-2817页

作者：孟继宝陈兆甲雒建林白海洋王楠林王玉鹏中国科学院理化技术研究所中国科学院物理研究所极端条件物理实验室北京100080 中国科学院研究生院北京100039 中国科学院物理研究所极端条件物理实验室

报道了掺Zn的重电子金属CeCu6 -xZnx(x =0 .0 5 ,0 .1,0 .15 ,0 .2 ,0 .3)样品的非常规制备方法以及低温电阻和低温比热容的测量结果 ,研究Zn含量对CeCu6 -xZnx 低温性质的影响及其物理原因 .发现低温下Kondo散射项系数c随Zn含量的加大... 详细信息

报道了掺Zn的重电子金属CeCu6 -xZnx(x =0 .0 5 ,0 .1,0 .15 ,0 .2 ,0 .3)样品的非常规制备方法以及低温电阻和低温比热容的测量结果 ,研究Zn含量对CeCu6 -xZnx 低温性质的影响及其物理原因 .发现低温下Kondo散射项系数c随Zn含量的加大而减小 ,电阻极大值温度Tmax随Zn含量的加大而降低 ,CeCu6 -xZnx 的德拜温度ΘD

关键词： Zn含量重电子金属 CeCu6-xZnx 低温性质重费密子系统低温比热容低温电阻相干散射镜含量强关联电子系统

Al掺杂对自旋梯子化合物Sr_(14)Cu_(24)O_(41)电输运性质的影响

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材料导报 2015年第10期29卷 26-33,52页

作者：陈辰邱红梅潘礼庆北京科技大学数理学院北京100083 三峡大学新能源研究院宜昌443002

利用固相反应法制备了Al掺杂的Sr14(Cu1-xAlx)24O41(x=0,0.01,0.02,0.03)系列多晶样品。X射线衍射结果表明所有样品均为单相,Al掺杂使样品晶格常数a、b发生涨落,但使晶格常数cladder逐渐减小。X射线光电子能谱结果表明Al掺杂对体系内Sr... 详细信息

利用固相反应法制备了Al掺杂的Sr14(Cu1-xAlx)24O41(x=0,0.01,0.02,0.03)系列多晶样品。X射线衍射结果表明所有样品均为单相,Al掺杂使样品晶格常数a、b发生涨落,但使晶格常数cladder逐渐减小。X射线光电子能谱结果表明Al掺杂对体系内Sr、Cu、O离子价态不存在影响,并且Al离子以+3价的形式替代了Sr14Cu24O41体系内的Cu2+,不存在其他混合价态。电阻率测量结果表明所有样品均呈半导体性,Al掺杂使体系电阻率升高。进一步分析表明所有样品存在一渡越温度Tρ,Al掺杂使Tρ发生微弱涨落。在Tρ以上,自旋梯子中单个空穴热激活对体系电导存在贡献。在Tρ以下,自旋梯子中空穴的变程跳跃电导对体系电导存在贡献。实验数据拟合结果表明Al掺杂使体系内单个空穴热激活能Δ以及局域态势垒参数T0逐渐增大。

关键词：强关联电子系统自旋梯子化合物掺杂电输运