Hg系氧化物超导体单晶体的掺杂与性质研究

Hg based cuprite is the model system of high temperature superconductor for the understanding of the superconducting machanism due to their simple structure and the high record transition temperature. However, it is difficult to grow the single crystals because of the low boiling point and decompostion temperature of mercury oxide. Therefore, the most scientific research on it is not very ideal based on the polycrystalline sample. In the last proposal, we proposed the method for the crystal growth of Hg based cuprites and we have already got the crystals with diferent copper-oxygen layers. Some of our results are very important and published in Nature. Based on our nice crystal results, we are going to anneal the crystal with different copper oxygen layers to obtain the samples with different hole doping. The doping levels will be checked by measuring the excess oxygen with wet chemistry method, in order to get the exact diagram of the high temperature superconductor. The doping and deficiency of the mercury site will also be studied due to the influence to the charge, and the order of excess oxygen, which is very important to understand the machanism from the structure level. The substitution of copper with non-sping and high-spin atom will be studied also. In general, we are going to the research on the doping of Hg base cuprite and related properties, in order to contribute to the understanding the machanism of high temperature superconducting.

Hg系铜氧化物高温超导体具有其结构简单、最高的超导转变温度，是研究高温超导体的理想体系。由于HgO的较低的沸点和分解温度，其单晶体的合成一直是一个难点。因此以往的研究都是利用粉末进行研究，研究结果不够理想。在我们上一个课题中，我们获得了Hg系氧化物单晶体的合成手段，并进行一些研究，获得了许多重要成果。在此基础之上，我们将进一步对具有各种层数铜氧面的单晶体进行热处理，获得不同氧掺杂的单晶体，同时对氧含量进行测量，从而获得准确的空穴掺杂量，进而可以或准确的超导体的相图。同时对Hg位置的Hg的含量及其掺杂进行系统研究，可以对超导体的"蓄电库"的研究进一步深入。此外，对超导体的铜位置进行非磁性或高自旋磁性杂质的掺杂，对氧化物超导体的机制研究有重要意义。总之，在我们已经获得完美的高质量的单晶体的基础上，进行系统的掺杂研究，以期对高温氧化物超导体的机制研究有所贡献。

Hg系铜氧化物高温超导体具有其结构简单、最高的超导转变温度，是研究高温超导体的理想体系。由于HgO的较低的沸点和分解温度，其单晶体的合成一直是一个难点。我们获得了Hg系氧化物单晶体的合成手段，在此基础之上，我们将进一步对具有各种层数铜氧面的单晶体进行热处理，获得不同氧掺杂的单晶体，同时对氧含量进行测量，从而获得准确的空穴掺杂量，进而可以或准确的超导体的相图。在我们已经获得完美的高质量的单晶体的基础上，对获得的单晶体进行电性和磁性测量，进一步理解高温氧化物超导体的机制。.通过对我们已经很好表征的HgBa2CuO4+单晶体进行电性测量，进一步分析其输运性质。 我们对具有不同空穴摻杂浓度的样品进行电性测量，包含有电阻测量及霍尔电性测量。测量结果表明在“赝能隙”区间中有一段区间，电阻率正比与T的平方，也就是说这个区间内的电子呈现“Fermi”电子行为。在高空穴摻杂浓度时，也存在一个“Fermi”电子状态，那么这两个“fermi”电子状态有没有关联？为此我们对具有不同摻杂浓度样品进行霍尔电性测量。.测量结果表明，霍尔角度cot（H）与温度T2的线性关系说明无论在“赝能隙”的“fermi”电子状态到“strange metal”的电子状态都处于一种状态。此外，影响到“strange metal”的电阻的值还有电子的“有效质量”。假如其随温度变化，那么与散射因子的综合影响，就会形成特殊的电阻随温度的线性变化行为。而电子的“有效质量”随温度的变化可能与电子的能带随温度变化相关。这个结果对解释铜氧化物的超导机制有至关重要的作用。.利用磁扭矩，给出了超导前驱体的相对简单并且普适的性质。在研究中，我们主要研究扣除正常态响应的非线性抗磁响应，这样就允许我们高精度地追踪高于TC温度时的抗磁信号。测量结果表明超导的抗磁性在正常态区域的变化非常独特，但趋势却是非常简单的指数变化，而且这种变化是不依赖氧化物和TC的普适行为。我们认为这种特殊的普适行为是由于铜氧化物超导体的内在的不均匀性使得超导团簇的增生引起的。