高温超导材料铋锶镧铜氧单晶的电荷密度波研究

High-temperature superconductivity is one of the leading challenges of condensed matter physics and materials since its discovery in cuprate. Very recently, charge density wave (CDW) has been observed in several different cuprate superconductor families and believed to be one of the universal properties of cuprate superconductor besides pseudogap. The earlier reports have shown that CDW is closely related to high-temperature superconductivity. This project aims to reveal the influence of CDW on superconductivity in Bi2Sr2-xLaxCuO6+δ single crystals. The physical properties, such as, Raman spectroscopy, resistance, and Hall coefficient will be systematically studied to get the doping and magnetic field dependencies of superconducting transition, CDW, and pseudogap. Then the phase diagram can be drawn, and the relation between CDW and superconductivity will be discussed. We will also investigate the effects of charge density wave on the superconducting vortex dynamics in the samples. Through the direction dependent charge transport properties and magnetic properties, the critical current density, vortex pinning potential, and vortex phase transition will be analyzed.

铜氧化物高温超导材料一直是凝聚态物理和材料领域的研究热点之一。最近，电荷密度波在多种高温超导体系被观察到，被认为是铜氧化物高温超导材料中除了赝能隙行为之外的又一个共同特征，对高温超导电性具有决定性的作用。本项目将对高温超导体铋锶镧铜氧单晶样品中的电荷密度波行为进行系统研究。通过对样品不同温度下的拉曼光谱、电阻、霍尔系数等物性的测量，获得铋锶镧铜氧样品的超导转变温度、电荷密度波和赝能隙随掺杂浓度变化的相图，并进一步研究磁场对材料相图的影响，分析超导电性与电荷密度波之间的相互作用机制。通过角度依赖的输运性质和磁性测量，得到铋锶镧铜氧单晶样品的临界电流密度、磁通钉扎势、磁通相变等信息，探索电荷密度波对高温超导磁通动力学的影响，以期获得提高材料临界电流密度的方法。

超导材料由于其在能源、信息、医疗、交通等领域的广泛应用前景，一直是物理和材料科学的研究热点之一。近年来，电荷密度波被认为是铜氧化物高温超导材料中的又一普适性特征，与超导电性密切相关，已经成为当前高温超导材料领域的核心课题之一。在本项目的支持下，项目组按照计划开展了高温超导材料中超导电性与电荷密度波之间关系的研究。通过移动浮溶区法制备了铋锶镧铜氧单晶样品，掌握了制备高质量单晶样品的生长和热处理条件。对样品电输运物性的进行了测量，研究了电荷密度波与超导电性之间的相互作用机制及其对超导磁通动力学行为的影响。在此基础上，研究了压力对铋系铜氧化物超导转变温度的调控机制，并扩展研究了氢及氢化物超导材料。取得的主要成果包括：通过对样品的面内霍尔效应测量发现，霍尔系数与温度的关系曲线在低温下表现出对线性的偏离，表征了电荷密度波行为的出现；发现了随着样品中电荷密度波被压力压制，超导转变温度逐渐升高，揭示了电荷密度波序与超导序的相互竞争关系；发现了样品电阻在磁通流动区具有四重对称性，而在被磁场完全压致超导电性的正常态区域具有2重对称性，证实了电荷条纹有序对磁通的钉扎作用。项目组完成了项目研究内容，发表了一系列的研究论文，协助培养了数名青年科研人员和多名研究生，完成了项目既定目标。执行期间项目组成员共发表SCI论文8篇，项目组成员1位获得了安徽省“百人计划”支持，培养的研究生1位获得研究生国家奖学金。