Fe和Co离子在YBCO中团簇效应的理论和实验研究

通过数值模拟计算和正电子湮没等方法,系统研究了磁性离子Fe和Co掺杂的YBCO系列样品,结果表明,小掺杂量时离子以分散形式存在,随着掺杂量增大,离子以不同的团簇形式进入晶格,并通过团簇带入氧离子.在Cu-O链区域六离子团簇出现的几率最大,团簇效应抑制了空穴载流子的产生及其向CuO2面区域的转移,弱化了载流子库的功能.然而由于它们仅间接影响了电子的配对和输运,因而对超导电性抑制较弱.另外,通过与非磁性离子掺杂效应等因素比较,显示出Fe和Co掺杂对超导电性抑制与其磁性没有直接关联.     

Fe掺杂YBCO体系结构变化与团簇效应的正电子实验研究

用固态反应法制备了YBa₂Cu_3-xFe_xO_y(x=0—0.5)一系列样品,反应在空气中进行.运用正电子湮没技术、扫描电子显微镜和X射线衍射进行了研究,并测定了氧含量.正电子湮没结果发现,x=0.12时短寿命分量τ₁和长寿命分量τ₂都存在一异常变化.X射线衍射和扫描电子显微镜研究分别表明,材料在x=0.12—0.15区间内发生正交四方相变,晶粒尺寸突然由小变大.通过对上述实验结果的分析可以得到,在该类材料中,正电子对结构相变十分敏感;另外,当Fe掺杂量增大到一定程度时,Fe原子由随机分布变为成簇分布 关键词： Fe掺杂YBCO 高温超导电性 正电子湮没 结构相变     

Gd替代YBa2Cu3O7－δ超导体的相结构与局域电子结构的研究

利用正电子湮没实验，结合x射线衍射(XRD)结构分析，研究了具有混合稀土特征的(Y_{1 -x}Gd_x)Ba₂Cu₃O_7-δ系列样品. XRD 实验结果表明，半径较大的Gd离子Y位替代使得样品晶胞参数和晶胞体积增大，但所有样品 仍保持与YBa₂Cu₃O_7-δ(YBCO)样品相同的单相正交结 构. 正电子湮没实验表明，正电子各寿命参数表现出很强的Gd替代依赖关系. 从正电子实验 结果出发，计算了Cu-O链区局域电子密度n_e的变化. 结果表明，局域电子密度n _e随Gd含量x的增加而减小，而超导转变温度T_c随局域电子密度ne的减小而增加，这种局域电子密度n_e与超导电性的关联是与铜位替代 完全不同的，且可能是近年来人们关于混合稀土铜氧化物体系具有较高临界电流密度的原因 之一. 该研究结果为铜氧化物超导体的应用和机理研究提供了相应的正电子实验资料. 关键词： 超导电性 正电子湮没 相结构 局域电子密度     

掺杂MgCNi3超导电性和磁性的第一性原理研究

从第一性原理出发，计算了MgCNi₃的电子能带结构.MgCNi₃中C 2p与Ni 3d轨道杂化使穿梭费米面上的Ni 3d能带表现出平面性，费米面落在态密度范霍夫奇异(vHs)峰的右坡上.vHs峰上大的电子态密度和铁磁相变点附近的自旋涨落是决定MgCNi₃超导电性的重要因素.研究了三种替代式掺杂对其超导电性和磁性的影响，发现电子掺杂使费米能级下滑到态密度较低的位置，导致体系转变为无超导电性的顺磁相；同构等价电子数的金属间化合物的轨道杂化，引起费米面上态密度的减少，降低了超导电性；而空穴掺杂使费米面向vHs峰值方向移动，虽然费米面上电子态密度增大可能提高超导电性，但增强了的Ni原子磁交换作用产生铁磁序，破坏了超导电性. 关键词： 电子结构 超导电性 磁性 掺杂     

Mg12O12纳米线掺杂3d过渡金属元素的第一性原理计算研究

基于密度泛函第一性原理计算,系统研究了Mg₁₂O₁₂笼状团簇组装一维纳米线及其掺杂3d族元素体系的几何结构与电子结构.结果表明：Mg₁₂O₁₂团簇组装一维纳米线为非磁性半导体,带隙值为3.16 eV;掺杂Sc和V后,体系由半导体转变为金属;掺杂Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu后体系仍然保持半导体特性、但带隙值明显减小,而掺杂Zn时带隙值变化不大;掺杂V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu后纳米线具有磁性.     

氧含量对Fe掺杂YBCO体系中载流子局域化与离子团簇效应的影响

对YBa₂Cu_3-xFe_xO_y（x=00，01，02 ）和YBa₂Cu_2.8Fe_0.2O_y（y=705—653 ）系列样品的氧含量、霍尔系数和超导电性进 行了系统的研究.结果表明，氧含量的变化对样品中载流子的输运和转移及超导电性有重要 影响；适当增加氧含量可以减缓Cu(1)位元素替代对超导转变温度T_c的抑制；在 CuO₂面上参与输运的载流子（空穴）浓度是影响样品超导电性的关键因素.从电 荷转移模型出发 ，结合掺杂离子引起的载流子局域化和离子团簇效应，对载流子浓度随掺杂量和氧含量的变 化从微观结构方面进行了讨论.元素替代量的增加或者氧含量的降低（相同替代量的情况下 ）都将导致Cu-O链区的有效氧空位增多，导致替代元素的离子团簇效应和载流子局域化效应 趋于增强，这是引起参与输运的载流子浓度下降，进而导致T_c降低的主要原因. 关键词： 氧含量 霍尔系数 载流子局域化 离子团簇效应     

Ni掺杂ZnO团簇的结构和磁性质

采用第一性原理方法研究Ni原子单掺杂和双掺杂（ZnO）₁₂团簇的结构和磁性质.考虑替代掺杂、外掺杂和内掺杂三种掺杂方式.研究发现：不管是单掺杂还是双掺杂,外掺杂团簇都是最稳定结构.Ni原子之间的磁性耦合由直接的Ni-Ni反铁磁耦合和Ni和O原子之间通过p-d杂化产生的铁磁耦合这两种相互作用的竞争来决定.最重要的是,外双掺杂和内双掺杂团簇都存在铁磁耦合,在纳米量子器件有潜在的应用价值.     

硅团簇自旋电子器件的理论研究

利用过渡金属掺杂的硅基团簇, 构建了一种自旋分子结; 并利用第一性原理方法, 对其电子自旋极化输运性质进行了研究. 计算表明, 通过过渡金属掺杂可以有效地产生自旋极化电流, 磁性金属Fe和非磁性金属Cr和Mn掺杂的体系呈现出较明显的自旋极化透射现象, 但分子结的自旋极化输运能力与团簇孤立状态下的磁矩无一致性.从Sc到Ni的掺杂, 体系的自旋极化透射能力先增大后迅速减小, 在Fe掺杂的Si₁₂团簇中出现最大值. 关键词： 硅团簇 自旋极化输运 密度泛函理论 非平衡格林函数     

第一性原理研究Fe及其团簇缺陷对KDP和ADP晶体激光损伤的影响

由于金属杂质离子对晶体损伤性质有不容忽视的影响，受实验条件限制，Fe及其团簇缺陷对晶体的影响机制尚不明确。采用第一性原理的方法，对磷酸二氢钾(KDP)和磷酸二氢铵(ADP)晶体中的Fe及其团簇缺陷进行模拟研究，确定其对晶体结构及光学性质方面的影响。研究发现，Fe进入KDP和ADP晶体中主要以取代P原子形成FeO₄基团最稳定，且其稳定形式以Fe³⁺为主。磁性状态研究发现磁性条件对晶体的结构和能量影响不大，Fe对晶体的损伤主要通过引起200～300 nm范围明显的光学吸收影响损伤阈值。Fe进入晶体中形成团簇缺陷可通过电荷补偿与O空位(VO)复合，几乎不会与OH空位(VOH)复合，团簇缺陷以Fe对晶体结构和性质的影响为主。     

FeMn掺杂AlN薄膜的制备及其特性研究

采用直流磁控共溅射技术, 以Ar与N₂为源气体, 硅片为衬底成功地制备了Fe, Mn掺杂AlN薄膜. 利用X射线衍射和拉曼光谱研究了工作电流、靶基距离等工艺参数的改变对薄膜结构的影响. 利用扫描电子显微镜和能谱分析仪对薄膜的表面形貌和组成成分进行了分析. 利用振动样品磁强计在室温下对Fe, Mn掺杂AlN薄膜进行了磁性表征. Mn掺杂AlN薄膜表现出顺磁性的原因可能是由于Mn掺杂浓度较高, 在沉积过程部分Mn以团簇的形式存在, 反铁磁性的Mn团簇减弱了体系的铁磁交换作用. Fe掺杂AlN薄膜表现出室温铁磁性, 这可能是AlFeN三元化合物作用的结果. 随着Fe 掺杂AlN薄膜中Fe原子浓度从6.81%增加到16.17%, 其饱和磁化强度M_s由0.27 emu·cm^-3逐渐下降到0.20 emu·cm^-3, 而矫顽力H_c则由57 Oe增大到115 Oe (1 Oe=79.5775 A/m), 这一现象与Fe离子间距离的缩短及反铁磁耦合作用增强有关. 关键词： 直流磁控共溅射 氮化铝薄膜 结构 磁性     

Superconductivity recurrence and charge carrier compensation effect in La2−xSrxCu0.94M0.06O4 (M = Fe,Co and Ni) system

In this paper, the substitution effect of Sr for La in three non-superconducting system La_2−xSr_xCu_0.94M_0.06O₄ (M = Fe, Co and Ni) have been systematically studied. As the concentration of Sr increases to around 0.20, the superconductivity is recovered. The peak at 695 cm⁻¹ in the infrared spectra which is assigned to the stretching mode of oxygen atoms in plane induced by M³⁺ doping is suppressed by Sr increasing, demonstrating that the holes introduced by the Sr substitution have been injected into the CuO₂ plane and compensate the localized electrons. These results suggest that the superconductivity recurrence is caused by the carrier compensation. The main origin of superconductivity suppression by the magnetic ions Fe/Co/Ni is the carrier localization effect.     

原子簇La8-xBaxCuO6的原子磁矩和自旋极化的电子结构研究

利用MS-Xα方法研究了化合物La_2-yBa_yCuO₄的原子磁矩和自旋极化的电子结构.理论计算得到母相氧化物La₂CuO₄的Cu原子磁矩为0.37μ_B，与实验值0.48±0.15μ_B基本一致. 研究结果显示, 由于Ba原子对部分La的替代，使构成化合物的基本原子簇La_8-xBa_xCuO₆的 关键词： 电子结构 自旋极化 磁矩 态密度 超导电性     

Study of the influence of hole concentration on high-Tc superconductivity of cuprates Bi-2212 by X-ray photoelectron spectroscopy

In this paper, we report the observation of X-ray photoelectron spectra (XPS), which were obtained from high-T_c superconducting compounds Bi-2212 with some percentage of 3d elements (Fe, Co, and Ni) substituted for copper. The changes in characteristics of XPS spectra Sr 3d and Cu 2p_3/2 with the doping content were explained in the relation to the hole concentration on CuO₂ planes, which resulted in high-T_c superconductivity.     

从对Cu的取代看YBa2Cu3O7-y中Cu-O平面和Cu—O链的作用

通过测量YBa₂Cu_3-xM_xO_7-y(M=Zn,Ni,x=0,0.025,0.05,0.075,0.1,0.15,0.2,0.3)系列样品的晶体结构、正常态电子输运性质、超导电性以及O含量,给出了Zn择优取代Cu(2)的更直接证据;同时,观察到掺Zn系统中的由正交相Ⅰ到正交相Ⅱ的结构相变以及Ni取代Cu带来的电子局域化效应。研究结果表明,具有正二价态的Zn对Cu(2)具有择优取代性,而具有正二价和正三价的Ni并不具有明显的择优取代。对Cu(2)的取代引起超导临界温度的显著变化,但对正常态电子输运性质的影响不明显;对Cu(1)的取代更显著地影响了晶体结构和正常态电子输运性质,同时对T_c产生抑制,我们认为,YBa₂Cu₃0₇中的高温超导电性以及正常态输运性质是由CU-O平面和Cu-0链共同承担,而Cu-O平面和Cu-0链之间的耦合强度决定着该系统的超导电性的强弱。 关键词：     

Relationships between the structural properties and the superconductivity in Y0:4Pr0:6Ba2-xSrxCu3O7-δ (x = 0;1:0)

The Y_0:4Pr_0:6Ba_2-xSr_xCu₃O_7-δ (x = 0;1:0) samples were prepared and the structural properties were studied by X-ray Rietveld analysis. It has been found that the average Pr-O bond length increases from 2.435Å at x = 0 to 2.457Å at x = 1:0, the Cu(2)-O-Cu(2) angles within the CuO₂ planes become larger, and there is no significant mutual substitution between Pr and Sr ions. The BVS calculation suggests that Sr doping brings about the increase of the hole concentration on CuO₂ planes and the weakening of Pr-O covalent mixing. Our work supports that Pr-O covalent mixing effect is responsible for the superconductivity suppression by Pr.     

Workshop on fast structural changes

Copper-oxide (cuprate) high-temperature superconductors are doped Mott insulators. The undoped parent compounds are antiferromagnetic insulators, and superconductivity occurs only when an appropriate number of charge carriers (electrons or holes) are introduced by doping. All cuprate materials contain CuO₂ planes (Figure 1a) in their crystal structure; the doped carriers are believed to go into these CuO₂ planes, which are responsible for high-temperature superconductivity. High-temperature superconductors are characterized by their unusual physical properties, both in the superconducting state (below the superconducting transition temperature T_c) and in the normal state (above T_c). Since the discovery of high-temperature superconductivity in 1986 [1], these unusual physical properties and the mechanism of superconductivity have been prominent issues in condensed matter physics [2].     

The anomalous anisotropy in the ac susceptibility of La1.45Nd0.4Sr0.15CuO4 single crystal

The dependencies of ac susceptibility on the superimposed dc magnetic fields for the stripe-ordered La_1.45Nd_0.4Sr_0.15CuO₄ single crystal with two superconducting transitions have been studied in the 3D and 2D superconducting ranges for the fields along different orientations of the crystal. The results show that with increasing fields the interlayer Josephson coupling and the in-plane superconductivity are suppressed orderly for the fields perpendicular to CuO₂ planes. The influences of the field parallel to CuO₂ planes on the 3D and 2D superconductivity are much weaker than those of the field parallel to the c-axis. The irreversibility lines for the 3D and 2D superconducting states are also studied.     

Y1-xPrxBa2Cu3O7-δ体系中的离子价键特性与超导电性

基于中子散射实验结果,应用键价计算方法研究了Y_1-xPr_xBa₂Cu₃O_7-δ(x=0,0.2,0.4,0.6)体系中离子的价键特性。对Cu(1),Cu(2)及Y(Pr)的键价和计算结果表明,Cu(2)的键价和与超导临界温度(T_c)之间存在着强烈的关朕。在氧含量基本保持不变的情况下,随Pr含量的增加,体系中电荷分布发生改变,Cu(1),Cu(2)的键价和下降,Y(Pr)的键价 关键词：     

Influence of Co, Ni and Zn substitution for Cu on the structural and superconducting properties of (Hg0.7Cr0.3)Sr2CuO4+δ

The effect of Co, Ni and Zn substitutions for Cu on the phase stability and superconducting properties of (Hg_0.7Cr_0.3)Sr₂CuO_4+δ was investigated. X-ray diffraction (XRD) revealed that both Co and Zn are soluble in the (Hg_0.7Cr_0.3)Sr₂CuO_4+δ material up to about 5% of the Cu content, whereas the solubility of Ni is extended up to 10%. Electrical resistivity and magnetic susceptibility measurements show that the value of the superconducting critical temperature T_c decreases linearly with the impurity content. The depression of T_c indicates that the suppression of the superconductivity in Co- and Ni-substituted samples is much stronger than that in Zn-substituted ones. The residual resistivity scales linearly with the doping level as expected from the impurity scattering due to disorder. Some possible explanations for the stronger suppression of T_c by the Co and Ni substitution than by Zn substitution are provided.