鐵基超導體“Na-111”體系電子結構的角分辨光電子譜研究.pdf

1、超導作為一種新奇的宏觀量子現(xiàn)象，自從被發(fā)現(xiàn)開始，就成為凝聚態(tài)物理學研究中的熱點之一，超導電性以其獨特的魅力持續(xù)不斷地吸引著實驗和理論科學家的關注。銅氧高溫超導體的發(fā)現(xiàn)，更是將非常規(guī)超導的探索和機理研究推向整個凝聚態(tài)物理學領域研究的最前沿。時至今日，尋找超導轉變溫度更高的超導體和理論上解答高溫超導電性的機理仍然是凝聚態(tài)物理學研究中最重要的問題之一。角分辨光電子能譜(ARPES)技術由于可以直觀的探測材料內部電子動量與能量之間的依賴關系，即

2、材料中能帶結構的色散關系，已成為凝聚態(tài)物理學特別是高溫超導研究中最為重要的實驗手段之一。
　　2008年發(fā)現(xiàn)的鐵基超導體，是目前為止人們所發(fā)現(xiàn)的第二類高溫超導材料。鐵基超導的發(fā)現(xiàn)，迅速引起了對高溫超導研究的一股新熱潮，同時也為高溫超導研究領域開辟了一條新的道路。鐵基超導機理的研究，是高溫超導機理研究中的一個重要組成部分，理解其豐富的物理內涵對整個凝聚態(tài)物理研究都會產生非常重要的影響。研究高溫超導機理，就是要從根源上找出導致超導電子

3、配對的原因，并給出準確的理論描述，并在此基礎上預言新的實驗現(xiàn)象。對于鐵基超導體，目前理論方面兩種主流觀點的分歧點主要集中在鐵基超導體電子的關聯(lián)強度。在鐵基超導體發(fā)現(xiàn)伊始，這一差別使得大家對是否可以將鐵基超導體（及其母體化合物）看作強關聯(lián)電子體系產生了疑問。但是隨著鐵硒化合物的發(fā)現(xiàn)，弱關聯(lián)的理論越來越受到挑戰(zhàn)。
　　要對鐵基超導體的電子關聯(lián)強度進行深入研究，一個不可或缺的途徑是研究其電子結構。角分辨光電子能譜技術可以實現(xiàn)對固體材料電

4、子結構最直接有效的探測，所以我們利用角分辨光電子能譜技術，從電子的局域相互作用和巡游機制的角度出發(fā)對鐵基高溫超導體“Na-111”體系的電子結構所進行了系統(tǒng)研究。
　　第一章首先簡單介紹了一下光電效應，并對從晶體中逸出的光電子進行了理論介紹:之后介紹了我們組內的角分辨光電子能譜譜儀及其它相關實驗設備以及平時我們進行ARPES實驗的實驗流程和方法。最后簡要介紹了一下我們組正在發(fā)展的一種先進的實驗手段:Pump-probe，利用這種先

5、激發(fā)后探測的全新實驗手段可以測量材料費米能級以上未占據(jù)態(tài)的電子結構信息，從而可以獲得更多材料晶格電子自旋甚至電荷動力學的相關信息。
　　第二章首先簡單的介紹了一下超導發(fā)現(xiàn)的歷史，相關的理論進展，以及最先發(fā)現(xiàn)的高溫超導體銅氧超導體。然后介紹了鐵基超導體的發(fā)現(xiàn)過程，并從晶體結構和相圖的角度出發(fā)介紹了目前為止所發(fā)現(xiàn)的4類主要的鐵基超導體。之后簡單的介紹了銅氧超導體和鐵基超導體之間的異同點。同時對本文中我們所要研究的體系的母體化合物NaF

6、eAs的電子結構進行了簡要介紹，最后我們回顧了目前兩種主流的鐵基超導理論:局域相互作用機制和巡游機制。
　　第三章測量了一系列Co摻雜NaFeAs樣品(x=0.028，0.061,0.075，0.109)，我們的實驗結果發(fā)現(xiàn)整體上電子能帶的色散隨著摻雜沒有明顯的變化，Co摻雜的基本作用是引入電子型載流子，增加載流子濃度。與銅基高溫超導材料的載流子摻雜效應非常不同，鐵基超導材料中這種載流子濃度的增加并沒有改變局域的電子關聯(lián)強度。我們

7、的研究結果表明這個體系里超導隨摻雜的消失與載流子濃度增加引起的費米面結構變化有關。同時，發(fā)現(xiàn)過摻雜非超導NaFe1-xCoxAs樣品的費米面結構與超導KFe2Se2的費米面結構非常類似，進一步比較表明，這兩種材料中截然不同的超導電性可能與其中載流子的巡游性與局域電子關聯(lián)強度之間的平衡有密切關系。
　　第四章測量了一系列Cu摻雜的NaFeAs樣品(NaFe1-xCuxAs，x=0.019，0.045,0.14)，發(fā)現(xiàn)Cu摻雜引入了額