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Bednorz和Muller于1986年在镧铜氧体系中发现了第一个高温超导体。尽管此后具有更高超导临界温度Tc的体系相继问世,以La2CuO4为母体的超导体体系因其结构相对简单而一直成为人们专注研究的对象。本工作利用X-射线衍射(XRD)结构分析、物性测量和正电子湮没分析研究了La2-xSrxCuO4体系与La1.6-xNd0.4SrxCuO4体系样品的结构、电输运性质以及缺陷特征,主要工作为:
一、利用固相反应法制备了La2-xSrxCuO4体系样品(x=0.06~0.20),系统研究了它们的电输运特性。电阻率和霍尔系数的实验结果表明,正常态低温区La2-xSrxCuO4体系电输运性质出现反常。随着Sr掺杂量的增加直至最佳掺杂(x=0.15)附近,正常态低温区样品均发生类金属—绝缘体转变,且转变温度TM1逐渐降低;对于最佳掺杂样品,其金属—绝缘体转变行为已经变得非常不明显,到x=0.18时完全消失。霍尔系数的测量结果显示,随着温度的降低霍尔系数逐渐增大,并且随着Sr掺杂量的增加霍尔系数明显减小,表明载流子浓度随掺杂量的增加而增加。在低掺杂时,接近超导转变温度Tc的温区内霍尔系数RH迅速增大,随着掺杂量的增加Tc附近霍尔系数的增大变缓。霍尔系数在Tc附近的增大,表明低温区载流子浓度减少(或载流子被局域化)。电阻率和霍尔系数的结果相互印证了低温区电输运的反常特性,这种类金属—绝缘体转变与载流子的局域化效应存在某种直接的关联。
二、制备了La1.6-xNd0.4SrxCuO4体系样品(x=0.08~0.25),对其结构和超导电性进行了系统的分析。结果表明,室温下随着Sr掺杂量x的增加品格参数a、b趋于减小,c增大,逐渐成为四方结构。该体系除x=0.25的样品外,其它样品均显示超导电性,且超导转变温度均低于La2-xSrxCuO4体系相应组分样品的Tc。在x=0.12处出现极小值8K,高于La2-xBaxCuO4中的x=1/8处的超导转变温度,这是因为在低温下的LTO-LTT结构相变并不完全,即LTT相样品中在c轴方向上并不是所有CuO6氧八面体完全地与c轴重合,即具有正交相的特征,存在部分LTO相。值得注意的是,x=0.12与x=0.15的超导转变温度比相应的La2-xSrxCuO4体系组分的降低幅度非常大。这可能是在x=0.12~0.15范围内,在低温相样品中的LTO相比其他组分样品中的LTO相少得多所致。Nd3+部分替代La3+形成的La1.6-xNd0.4SrxCuO4体系致使最佳掺杂组分对应的x值增大,即x>0.15。这些均与LTO-LTT结构相变密切相关。
三、研究了La1.6-xNd04SrxCuO4体系(x=0.12,0.15,0.20)和La1.88Sr0.12CuO4的正电子寿命谱,结果表明随着Sr掺杂量的增加,空穴载流子浓度增加,而正电子寿命减小。分析认为可能是由于正电子密度分布权重由Nd替代前的CuO2而向Nd替代后的La(Nd,Sr)-O层转移的结果。同时研究了体系的局域电子密度ne随Sr掺杂量的变化关系,随着Sr掺杂量的增加ne逐渐增大。但对同样Sr含量的La1.88Sr0.12CuO4和La1.48Nd0.4Sr0.12CuO4其ne基本相同,显示Nd替代La对样品的载流子浓度没有明显影响。