中国参与铜氧化物超导体国际竞争的进程及影响

1986—1987年,出现了一场研究铜氧化物超导体的国际热潮。以赵忠贤为代表的中国超导物理学家在这场热潮中取得了“发现液氮温区铜氧化物超导体”的国际一流成果。通过对蔡建华给国内信函和中国科学院物理研究所档案等新史料的发掘,本文梳理了1986年之前中国的高温超导研究状况、1986—1987年间铜氧化物超导体研究信息在中国的传播过程以及由此引发的科学研究历程,并对该研究取得重大突破的原因及影响进行了分析。学科带头人较强的学科前瞻性意识和科研组织能力、科技部门领导对超导学科的长期支持以及畅通的国际学术交流渠道是中国能够发现液氮温区超导体的主要原因。该成果令中国的超导研究获得了国际关注,并直接促成超导国家重点实验室的建立,是中国超导物理学发展历程中的一座里程碑。

铜氧化物超导体的零场ESR信号的可能机制

本文指出铜氧化物超导体的电子自旋共振(ESR)的零场信号可能是R.Englman等人讨论过的铜氧络合物的电子—声子耦合的简并态E和单态A之间的位形跃迁。

YBCO高温超导体与氧化物衬底的化学反应性

在高温超导膜的制备过程中,膜与衬底的化学反应能导致超导体的化学组成,晶体结构和输运性质发生改变,因而是影响膜质量的重要因素。这种化学反应与衬底材料的性质密切相关。但是,至今尚缺乏一种比较令人满意的、普遍适用的超导体与衬底相互作用理论和用于估计这种反应性的参数。本文首次提出YBa_2Cu_3O_7(YBCO)高温超导体与氧化物衬底的化学反应本质上是固态酸碱反应,其反应性可用衬底氧化物的酸碱参数来估计,主要反应产物为含鋇的衬底氧化物盐类。本文提出的这一规律也与实验结果符合。

铜氧化物超导体中的缺陷、不均匀性和晶格失配的研究

讨论了高温超导体中普遍存在的缺陷、不均匀性、晶格失配及其应力钉扎等问题。由于氧化物超导体临界温度与无严重畸变且有足够载流子浓度的CuO2 面有密切关联 ,通过考察载流子浓度和相邻CuO2 层数目对超导电性的影响 ,提出“活性CuO2 面”模型 ,并在此基础上讨论了增加氧化物超导体的“活性CuO2 面”的数目 ,对进一步提高TC 的重要意义。在活性CuO2 面模型的基础上 ,探讨在近邻阳离子层中引入缺陷对实现更高TC 的可能性。

高Tc铜氧化物超导体的结晶化学和分块设计

本文简要地描述了已发现的铜氧化物超导体的不同结构类型,并按其中CuO平面的不同连接和分隔方式做了分块划分。利用这些连接、分隔的不同方式可以组合出新的结构类型。这种思想已被铅系的Pb-2222(PbBaSr(NdCe_2)Cu_3O_y),LaBa(NdCe)_2Cu_3O_y和Ta-1222等新化合物的设计和成功制备所证实。最后提出了寻求新型层状铜氧化物和超导新体系的可能方向。

YBCO高温氧化物超导体稳定性研究

通过对ＹＢＣＯ高温氧化物超导体的实验观测，发现了空气中的Ｈ２Ｏ和ＣＯ２是逐渐侵蚀到超导体内部的．针对这一过程进行了分析和研究，并指出了采取适当的保存方法，可使高温氧化物超导体长期保持超导特性．

铜氧化物高温超导体的比热容

基于Nozieres-Schmitt-Rink的强耦合超导理论和推广的Luttinger理论,文中分别计算了低电子浓度和高电子浓度体系的电子比热容及线性比热系数,描绘出线性比热系数随温度的变化曲线。电子线性比热系数的计算结果表明,在Nozieres-Schmitt-Rink理论和推广的Luttinger理论框架下,铜氧化物高温超导体中产生赝隙。

铜氧化物高温超导体的晶体结构和物理性能研究

阐述了铜氧化物高温超导体的晶体结构 ,指出导电区、蓄电区的划分和电子相图是铜氧化物高温超导体重要的共性特征 .介绍了分块模型及其在研究晶体结合能、弹性模量中的应用 ,对铜氧化物高温超导体结构和性能之间的关系作了探讨 .最后对当前高温超导体研究的几个热点问题及其应用前景予以简介 .

铜氧化物超导体正常态禁带宽度的计算

介绍了1种近似计算氧化物禁带宽度的方法,并对高温超导铜氧化物进行了计算。结果表明,铜氧化物超导体的禁宽度E_g值大多集中在8.50～8.80eV之间。在同一体系的超导氧化物中,Cu-O层结构的变化,产生的结果是T_c随E_g的增加而减小,而在YBa_2Cu_O_y中氧含量的变化导致T_c随E_g的增加而增加。超导体中正常态的E_g值与超导电性可能存在着相关关系。氧化物中平均电离能是决定其能隙E_g值的主要因素。

高温铜氧化物超导体电场效应研究的基础

对高温铜氧化物超导体（HTCOSs）电场效应研究中所进行的一些基础工作进行了评述。它包括利用HTCOSs有利的物性，如高介电常数的栅绝缘膜，金属─绝缘体─超导体（MISu）结构的电容─电压（C─V）特性，功函数，输运性质和奇异电导特性等。

氧在高T_c铜氧化物超导体材料中的作用特征

分析了氧在高Tc铜氧化物超导体中的作用、同位素效应,结合超导体的双体结构物理模型,讨论了氧在高Tc铜氧化物超导体中的作用特征。结果表明,氧在该超导体中影响晶体结构和载流子的浓度,并参于了电声子成对。

H_2O和CO_2对YBCO高温氧化物超导体超导电性的影响

通过对YBCO高温氧化物超导体长期的实验现测，发现空气中的水份和CO2是逐渐侵独到超导体内部的．本文对这一过程进行了分析和讨论，并指出采取适当的保存方法，可使高温氧化物超导体长期保持起导特性．

电子型掺杂铜氧化物超导体准粒子激发谱研究

文中工作采用t-t-′t″-J模型研究了电子型掺杂铜氧化物超导体在超导序和反铁磁序共存情况下的准粒子激发谱,分别计算了在欠掺杂区、最佳掺杂区和过掺杂区的谱权重,计算结果与角分辨光电子谱实验结果符合较好。

浅析电子型掺杂铜氧化物超导体的退火过程

铜氧化物高温超导体的发现,打破了基于电声子相互作用BCS理论所预言的超导转变温度极限,掀开了高温超导材料探索和高温超导机理研究的序幕.根据掺杂类型的不同,铜氧化物超导材料可以分为空穴型掺杂和电子型掺杂两类.受限于样品,对电子型掺杂铜氧化物的研究工作远少于空穴型掺杂体系.本文简要回顾有关电子型掺杂铜氧化物超导体近期研究成果,通过对比电子型掺杂和空穴型掺杂铜氧化物的相图来阐明电子型掺杂铜氧化物的研究对探索高温超导机理的必要性,并特别针对电子型掺杂样品制备中的关键因素"退火过程"展开讨论.结合课题组最新实验结果和相关实验报道我们发现电子型掺杂铜氧化物超导体在制备过程中除受到温度和氧分压的影响外,退火效果还受到界面应力的强烈调制.在综合考虑样品生长过程中温度、气氛及应力等多种因素的基础上,探讨了"保护退火"方法导致电子型体系化学掺杂相图变化的起因.

高T_c铜氧化物超导体的低密度载流子特征

用电负性均衡原理研究在高Tc铜氧化物超导体中由于元素中有化学键的形成,形成了低密度载流子浓度并对超导电性产生了强烈的影响;由于元素之间形成化学键,电子密度的分布在超导材料中的不均匀性,使得超导材料中形成宏观物理性质不同的板块结构。

铋铜氧化物超导体的霍尔效应

测定了铋铜氧化物超导体的霍尔系数实验结果及其温度依赖性，对不同样品进行了Ｘ射线结构分析，给出了载流子浓度与相结构之间关系，发现，转变温度较低的（２２１２）相样品的载流浓度较高，平均每个Ｃｕ离子有０．２１个空穴。

铜氧化物超导体中欠掺杂到过掺杂区域的费米速度和能隙速度的研究（英文）

通过考虑赝能隙的影响,研究了铜氧化物超导体中从欠掺杂区域到过掺杂区域的费米速度和能隙速度随掺杂的变化关系。研究结果表明,费米速度VF随掺杂浓度几乎成线性变化,并随掺杂浓度的增加而增加,而能隙速度v2随着掺杂浓度的增加而减小,在重过掺杂区域降为零。并研究了掺杂的准粒子速度和能隙速度之比vF/v2随掺杂浓度的依赖关系。结果表明,vF/v2随着掺杂浓度的增加而增加。解释了vF/v2在重过掺杂铜氧化物超导体中迅速增加的现象。

高温铜氧化物超导体制备技术的研究进展

对各种高温铜氧化物超导体如RE-214相、RE-123相、Bi系超导铜氧化物等的制备方法进行了总结,并对各种制备方法的制备原理、制备过程、采用的相关技术参数及获得的晶体类型和晶体质量进行客观分析,比较了各种高温铜氧化物超导体相关制备方法的优缺点以及各种方法的适用情况。在上述分析的基础上,针对不同类型的高温铜氧化物超导体,针对性地提出获得大尺寸、高质量高温超导铜氧化物晶体的最佳制备方式。

在铜氧化物超导体中超导临界温度随压力变化的机理

研究了具有高超导临界温度(Tc)的铜氧化物中,Tc随压力变化的特征。结果表明,对高Tc铜氧化物样品施加压力,会引起样品的Tc发生变化,其变化特征是由铜氧化物的超导电性机理决定的。

铜氧化物超导体Bi2Sr2CaCu2O8+δ多体相互作用的超高能量分辨和时间分辨角分辨光电子能谱研究

自发现30多年来，铜氧化物的高温超导机理仍未得到解释。传统超导电性起源于电子–声子相互作用形成的电子配对，研究传统超导体中的多体相互作用为BCS理论提供了有力的证据。目前已证实铜氧化物高温超导体中存在着电子配对，但是引起配对的机制仍不清楚。因此，对铜氧化物高温超导体中的多体相互作用研究是揭示高温超导机理的关键。角分辨光电子能谱是研究固体电子结构最直接的技术手段，随着其分辨率的不断提升，在研究高温超导体的多体相互作用中日益发挥重要的作用。近年来兴起的时间分辨角分辨光电子能谱在常规角分辨光电子能谱的基础上增加了独特的时间维度，从而成为研究多体相互作用动力学的有力手段。本文详细地介绍了我们利用超高能量分辨和时间分辨角分辨光电子能谱在铜氧化物超导体Bi2Sr2CaCu2O8+δ中多体相互作用的研究，包括在节点区域、反节点区域扭折的研究，多体相互作用的动量依赖关系，配对电子自能的提取以及库珀对在激光泵浦下的受激辐射现象。