在反铁磁态下电子掺杂铜氧化物的化学势和掺杂度的关系.pdfVIP

在反铁磁态下电子掺杂铜氧化物的化学势和掺杂度 的关系 武娥 大连理工大学凝聚态物理教研组(116023) E-mail:wue1979@ ` `` 摘要：本文通过对反铁磁态下电子掺杂铜氧化物t −t −t −J 模型的表述，采用隶玻色平均 场近似，从数值和解析上结合计算在不同温度下反铁磁态下化学势与掺杂度的演化关系,得 出了低温下化学势也经历着不同相的转变。 关键词：隶玻色平均场， 序参量，无双占据 1．引言 铜氧化物高温超导体的起源在物理领域里是个最大的谜，但是这些材料在非超导状态下 也是较为大的谜。高温铜氧化物超导体会在莫特绝缘体掺杂载流子形成，其分类可根据载流 子的不同分为电子掺杂(n-type)铜氧化物和空穴掺杂(p-type)铜氧化物。电子掺杂和空虚掺 杂有很大的不同：对于空穴掺杂铜氧化物，其超导相变温度高达 130K,例如，La Sr CuO (LSCO) 2-x x 4 高质量单晶材料，其临界温度高达 39K，其长程序参量在载流子浓度很小(x 0.03 )时便消 失，然而电子掺杂的超导相变温度普遍比空穴掺杂的材料要低。最常见的电子掺杂材料 Nd Ce CuO (NCCO),其反铁磁序参量持续到高的掺杂度x 0.14 [ref.1],且其超导相变临界 2-x x 4 温度大约是 25K。通过假设外来氧原子存在空格点的顶点上，反铁磁相的稳定性已经在 [ref.2,3]中被讨论。另外，在磁性属性的上的不同是在非弹性中子实验上：LSCO在很大的 范围内呈现出不相当的自旋结构[ref.4]， NCCO中并没有观察到不相当的自旋结构，但是能 观察到相称的结构[ref.5]。角分辩光电子谱实验(ARPES)也证实了空穴载流子在布里渊区首 先进入(±π/2, ±π/2),后来随着空穴载流子浓度的增加，其次进入( ±π,0)和其等同 π 点，但是电子载流子则不同,在电子浓度很小时载流子就进入(± ,0)和 (0,±π )，而后随 载流子浓度的增大，也会出现在(±π/2, ±π/2)[ref.6]。 在以前的研究中，我们已经发现在空穴掺杂的铜氧化物化学势转移程度与材料有关。材 料Bi Sr Ca (Pr,Er) Cu O (BSCCO)的改变要大于在材料LSCO的改变，这说明在空穴铜氧化 2 2 1-x x 2 8+y 物中电子态的不同，其中最主要的区别是LSCO是单晶材料。电子掺杂化学势也被讨论在 (ref.7)中。但是在这篇文章中，我们讨论的是反铁磁下的化学势和掺杂度的依赖关系，并 且讨论了低温下的化学势和掺杂度的关系。我们运用隶玻色平均场近似处理我们在研究高温 ` `` 超导体中常用的模型(t −t −t −J 模型)，并把解析和数值计算结合求解热力学特性化学 势。结果表明在不同的温度下化学势也是不同于在[ref.7]中所提到的。可以这样说我们的 这篇文章是对[ref.7]的进一步补充。因为我们知道电子掺杂的超导相变温度要低于空穴掺 杂超导相变临界温度的，另外一点主要的原因是我们考虑的是反铁磁态下的化学势。 2．建模数值分析 ` `` 考虑次近邻，次次近邻的 t −J 模型即为我们熟知的t −t −t −J 模型。 H =−t ∑(C+ C +h.c.) −t` ∑ (C+ C +h.c.) iσ jσ iσ j