多层氧化物超导体磁学性质的研究

氧化物高温超导体的超导机制至今仍然悬而未决，致使人们近来对氧化物超导体的研究热情变淡漠。而2008年铁基超导体的发现更是使人们的注意力从氧化物超导体转移到了铁基超导体上来。然而，到目前为止氧化物超导体的超导转变温度比铁基超导体的普遍要高，其系统也比铁基超导体简单，所以为使高温超导机制早日得到解决氧化物超导体仍应是我们重要的研究对象。中子散射实验表明氧化物超导体的磁激发可能是高温超导形成的关键，所以我们对其磁性特性的研究就显得特别重要。而目前人们对多层氧化物超导体的磁学性质受其单胞内层间相互作用的影响的研究甚少。因此本项目从理论上系统地研究多层氧化物超导体的磁学性质。我们拟将电荷自由度和自旋自由度相分离的费米子-自旋理论以及动能驱动的超导电性理论推广应用于多层氧化物超导体，系统地考察多层单胞内的层间相互作用对其磁学性质的影响。同时通过本项目的工作力图使高温超导机制变明朗。

在动能驱动的超导电性理论下，我们主要研究了双层氧化物超导体的自旋动力学和赝能隙等相关的磁学性质。(1) 研究了双层氧化物超导体的自旋动力学。我们发现双层氧化物超导体单胞内的层间相互作用使其磁激发劈裂为分别具有奇对称性和偶对称性的两支，从而调制重整化的自旋激发谱，这样就导致双层氧化物超导体的动态自旋响应表现出和单层氧化物超导体不一样的特性。虽然奇对称支和偶对称支的磁散射都呈现沙漏型的色散关系，但奇对称的公度磁共振能量随掺杂浓度的变化呈现蒙古包形的圆顶状，而偶对称的公度磁共振能量则随掺杂浓度的增加而单调递减。(2) 研究了双层氧化物超导体的赝能隙和超导能隙的相互关系。我们发现源于单胞内的层内关联跳迁的电荷载流子相互作用在粒子-粒子通道导致超导能隙的形成，而在粒子-空穴通道导致赝能隙的形成，而源于层间关联跳迁的电荷载流子相互作用则没有对赝能隙和超导能隙产生影响，在双层氧化物超导体中显示了与单层氧化物超导体中同样的正常态赝能隙与超导能隙之间的相互关系。(3) 研究了双层氧化物超导体在赝能隙作用下的电子谱和费米面。我们的初步研究结果表明赝能隙的存在会对没有考虑赝能隙效应时的电子谱的peak-dip-hump结构进行修正，从而使我们的理论结果和实验事实符合得更好。.　　我们在研究过程中也对原来设计的研究内容进行了扩展。(1) 在动能驱动的超导电性理论下研究了压力导致的两条腿梯子型氧化物超导体的自旋动力学。我们发现在压力导致的超导态，非公度自旋关联出现在低压区，而公度自旋涨落则出现在最佳压力处和高压区。特别地，在低温下的自旋-晶格弛豫时间由一线性温度项支配，然后紧跟着一个超导转变温度之下的峰。(2) 应用动能驱动的超导电性理论研究了氧化物超导体在弱磁场下的迈斯纳效应。我们在电磁响应核心函数中同时考虑电子电荷和电子磁动量与弱磁场的耦合效应，利用镜面反射模型计算了磁场穿透深度，很好地解释了相应的实验事实。