三維阻挫體系In3Cu2VO9的量子無序磁性與超導電性.pdf

1、三維的六角晶格層狀化合物In3Cu2VO9作為強關聯(lián)的阻挫體系，展現(xiàn)出一系列不同于反鐵磁的新型低溫量子無序磁性質。它和銅氧化物高溫超導體的電子態(tài)和電子結構十分類似，摻雜后很可能呈現(xiàn)出超導特性。本文章先利用Schwinger-Boson平均場方法研究三維層間阻挫的六角格子在J1-J2-Jc Heisenberg模型下的基態(tài)和有限溫度磁性質，重點討論In3Cu2VO9的低能物理過程。隨后我們利用平均場和強關聯(lián)Slave-Boson方法來分別

2、描述三維In3Cu2VO9在修正的t-J1-J2-Jc模型下的基態(tài)和有限溫度超導性質，并分析其超導對稱性。通過分析研究結果，我們發(fā)現(xiàn)末摻雜體系的磁基態(tài)可能是一種特殊的自旋無序相，而在此基礎上摻雜得到的超導基態(tài)具有dx2-y2+ idxy的配對對稱性。進一步探究其量子磁性與超導的競爭與共存關系，可以令我們更好地理解高溫超導的機理。
　　第一章前言簡要介紹了物質磁性的起源及研究發(fā)展歷程，固體材料主要的幾種磁結構以及相關的海森堡交換作用

3、模型。隨后簡單介紹了常規(guī)超導電性的實驗和理論發(fā)展，以及高溫超導體的發(fā)現(xiàn)及其獨特的性質，存在的難題和解決方法。然后介紹了備受矚目的自旋液體相。最后，簡要描述層狀材料In3Cu2VO9的反常磁性和超導電性的實驗和理論研究現(xiàn)狀，提出研究問題，研究方法和研究意義。
　　第二章主要研究三維強關聯(lián)體系In3Cu2VO9的反常量子磁性。我們在層間阻挫的J1-J2-Jc海森堡模型下利用Schwinger-Boson平均場方法來描述這個六角晶格體系

4、的哈密頓量，進而得到自洽的方程組。解此方程就能得到體系磁基態(tài)的能量色散關系，層間序參量Q3隨J2和Jc的變化相圖，以及各子晶格間的自旋關聯(lián)函數(shù)，還有體系有限溫度下的序參量、比熱容和靜態(tài)磁化率。我們發(fā)現(xiàn)把層間耦合Jc從0增大到3.6 meV，層間阻挫體系可能由AFM相轉變?yōu)橐环N層間無序、層內(nèi)反鐵磁的磁無序相。這種無序相不僅可以解釋In3Cu2VO9的平面內(nèi)相變溫度TN=38 K，還可以描述其比熱和磁化率在中間溫度的定性行為。
　　第

5、三章的重點放在了三維In3Cu2VO9體系的超導電性研究。我們在推廣的t-J1-J2-Jc模型下分別利用傳統(tǒng)平均場和強關聯(lián)Slave-Boson方法描述體系的哈密頓量，再求解自洽方程獲得體系的基態(tài)和有限溫度超導物理性質。通過平均場得到的摻雜超導相圖我們發(fā)現(xiàn)體系在最佳空穴摻雜x=0.03處出現(xiàn)最高超導轉變溫度Tc=4K，在x=0.06處超導相消失。而通過Slave-Boson方法，我們可知摻雜In3Cu2VO9的超導基態(tài)在以從1.2增加到