本文選題：過渡金屬二硫族化合物 + 電荷密度波��； 參考：《中國科學院大學(中國科學院物理研究所)》2017年博士論文

【摘要】：盡管高溫超導體已經(jīng)發(fā)現(xiàn)三十余年,但是對于非常規(guī)超導體相圖的理解仍然是一個未解之謎。超導態(tài)與多種有序態(tài)共存是非常規(guī)超導體中普遍存在的現(xiàn)象,例如反鐵磁有序、電荷密度波、自旋密度波、電子向列相、電子棋盤相以及條紋相等等,有些有序態(tài)有可能在超導配對中發(fā)揮了重要作用甚至直接參與配對。因此,理解多種有序態(tài)的微觀共存機制有助于理解超導配對機制。電荷密度波與超導共存的過渡金屬二硫族元素化合物是一種近似的模型系統(tǒng),可以提供很好的參照作用,為解決高溫超導機制問題提供重要的參考。本文的主要內(nèi)容是利用掃描隧道顯微鏡/顯微譜從微觀尺度上對2H-NbSe_2中的超導與電荷密度波的關系進行研究。作為一種常規(guī)超導體,2H-NbSe_2中存在著電荷密度波(CDW)與超導態(tài)的微觀共存,為理解非常規(guī)超導體系中超導態(tài)與其他有序態(tài)的共存提供了一個絕佳的切入點。用同價態(tài)的Ta原位替代Nb后,從電阻曲線上定出的CDW轉(zhuǎn)變溫度緩慢下降的同時,超導轉(zhuǎn)變溫度逐漸緩慢上升,二者表現(xiàn)出一定的競爭性。CDW消失后,超導轉(zhuǎn)變溫度也迅速下降,對樣品的剩余電阻比非常敏感。盡管電阻曲線上CDW特征已經(jīng)消失,STM形貌測量表明體系中仍然存在局域的CDW疇,也即CDW的長程有序被破壞,只剩下局域的短程序。隨著進一步摻雜,當體系的關聯(lián)長度與超導相干長度ζ可以比擬后,系超導轉(zhuǎn)變溫度迅速下降。另外在電阻曲線上CDW特征消失之前,2H-TaxNb1-xSe2進入CDW態(tài)后表現(xiàn)出較大的線性磁阻,而且滿足科勒定則;而電阻曲線上CDW特征消失之后,2H-TaxNb1-xSe2磁阻不再滿足線性關系,而且也不再滿足科勒定則,因此線性磁阻與科勒定則與CDW長程序有關,通過高壓直接壓制CDW后大磁阻現(xiàn)象消失,超導轉(zhuǎn)變溫度上升。通過隧道譜測量到的超導能隙在CDW變?nèi)鹾竺黠@增大,當體系向"臟"極限轉(zhuǎn)變后,超導能隙逐漸減小。綜合這些實驗現(xiàn)象,我們認為2H-NbSe_2中的電荷密度波與超導存在多種形式的競爭。2H-(Nb,Ta)Se2體系的隧道譜低能區(qū)域存在一些精細結(jié)構(gòu)特征,我們發(fā)現(xiàn)這些精細結(jié)構(gòu)的能量與理論計算的聲子態(tài)密度極大值對應的能量、以及ARPES測量到的聲子自能修正處的能量是一致的。經(jīng)過仔細分析,我們認為這些精細結(jié)構(gòu)的特征符合非彈性電子隧穿過程的特征。一直以來,大家錯誤地認為2H-NbSe_2隧道譜上±35mV處的拐點是CDW能隙,最近J.Hoffman小組認為它是在非彈性隧穿背景上由聲子自能修正導致的特征,但是對更加低能的精細特征認識存在誤區(qū),因此我們的認識修正了長久以來大家對隧道譜特征認識的不足。另外空間精細分辨的隧道譜表明這些電聲子參與的非彈性隧穿強度受到實空間CDW的調(diào)制,給出了從微觀尺度對CDW進行研究的新思路。在2H-NbSe_2樣品表面晶格畸變比較嚴重的區(qū)域,我們觀測到一種新的條紋相CDW與常見的3×3 CDW微觀共存,這與之前相同體系中報道的三度CDW與另一種條紋相CDW分疇的情況并不一致。這種新的條紋相CDW對電子態(tài)的影響主要在能量比較高的區(qū)域,對費米面附近的低能電子幾乎沒有影響。新的條紋相CDW特殊的波矢對費米面附近的嵌套機制提出了疑問,加深了我們對2H-NbSe_2體系中CDW的認識,從而對CDW新的產(chǎn)生機制產(chǎn)生一些啟發(fā),對于在這種新的CDW的形成中電聲子耦合相互作用扮演的角色還需要進一步的理論分析。然后我們在2H-NbSe_2表面通過針尖樣品之間的相互作用成功誘導出了局域的1T相,觀測到1T-NbSe_2具有(?)×(?)周期的CDW,這種CDW產(chǎn)生后增強了電子之間的關聯(lián)性。1T相大部分區(qū)域在費米面附近打開了受電子關聯(lián)調(diào)控的超導能隙,因此用這種方法可以研究電子之間的關聯(lián)性與超導的關系,有助于研究強關聯(lián)體系超導配對機制。大范圍移動掃描區(qū)域后,存在一些褶皺的樣品表面出現(xiàn)了兩種新的超結(jié)構(gòu),分別為三度的2×2相以及條紋相,兩種相的邊界在原子尺度上是連續(xù)的,從細節(jié)可以發(fā)現(xiàn)條紋相是在2×2相基礎上進一步演化而來。兩種新的超結(jié)構(gòu)電子態(tài)與2H相電子態(tài)具有明顯的差異,而且二者之間也明顯不同,條紋相對電子態(tài)產(chǎn)生了周期性的調(diào)制。兩種相都表現(xiàn)出了超導,超導能隙以及超導轉(zhuǎn)變溫度都低于2H相。我們發(fā)現(xiàn)臺階上下超導能隙有明顯差異,而同一層不同超結(jié)構(gòu)區(qū)域的能隙相差很小,盡管它們的電子態(tài)差異比較大。綜合這些特征我們認為這兩種超結(jié)構(gòu)所表現(xiàn)出來的超導是由底層2H相NbSe_2通過近鄰效應誘導出來的,條紋相中周期性的電子態(tài)對近鄰效應誘導出來的超導產(chǎn)生了相同周期的調(diào)制,這提供了研究電荷有序與超導之間關系的新平臺。作為過渡金屬二硫族化合物另一成員,WTe_2首先因其在低溫下表現(xiàn)出了巨大且無飽和趨勢的磁阻吸引了大家的研究興趣,而且通過高壓壓制巨大磁阻后體系呈現(xiàn)出超導特性,而后理論進一步指出它是一種新型的外爾半金屬引起了大家的研究熱潮。我們在不同剩余電阻率樣品上測到相似的隧道譜,大多數(shù)特征與重整化后的理論計算態(tài)密度很好的吻合,可以與能帶上特征結(jié)構(gòu)對應起來。另外隧道譜上可以看出該體系費米面附近具有很低的電子態(tài)密度,磁場下的隧道譜與零場下幾乎完全相同,說明高遷移率和低載流子是該體系除電子-空穴平衡之外巨大磁阻的必要條件。我們認為低能下WTe_2的表面態(tài)對STM測量到的電子態(tài)有貢獻,靠近費米面處-20mV的態(tài)密度特征很可能來自表面態(tài)的貢獻。另外在應力區(qū)域的測量證明了 WTe_2是一種極敏感易調(diào)控的半金屬體系,也為研究壓力作用下電子態(tài)密度響應提供了一種新的思路。在讀博期間,還參與了儀器搭建方面的一些工作,主要包括氦3極低溫掃描隧道顯微鏡和基于PPMS低溫強磁場環(huán)境點接觸譜儀的搭建工作。前者拓寬了我們的測量范圍,將非常規(guī)超導電性的探索和研究推進到極低溫下的微觀尺度,具有比較重要的意義,后者提供了對超導樣品便捷而又重要的標定手段。
[Abstract]:This paper studies the relationship between superconducting transition temperature and superconducting transition temperature . In this paper , we have observed that a new stripe phase CDW has two new superstructures in the vicinity of Fermi surface .

【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院物理研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O511.3

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本文編號：1826998