单层和三层铋系铜氧化物高温超导体电子结构的光电子能谱研究

铜氧化物高温超导体在凝聚态物理研究中占据了非常重要的地位。角分辨光电子能谱在对高温超导机制的理解中发挥了显著的作用。随着技术发展，光电子能谱已拥有直接探测体系低能激发的能力，正是这些低能激发主导了体系的超导电性。如超流密度和准粒子谱线权重相关；谱线峰宽反映了体系准粒子激发的寿命；谱线在反节点处的线型和能带中的"kink"被解释为体系中的磁和声子作用模式。然而，已有的工作主要集中在相图欠掺杂区域的Bi2212这个具有双层铜氧面的体系中，因此，这些低能激发的特征行为在高温超导体中的普适性迫切需要进一步系统性地研究。我们将利用高分辨角分辨光电子能谱技术系统性地研究一系列过掺杂的单层Bi2201和新得到的欠掺杂三层Bi2223高温超导体的电子结构，低能激发、其和超导电性的关系以及体系中不同铜氧面层数的影响，为全面理解高温超导电性提供可靠翔实的实验结果。

我们按照项目计划进行了Bi系高温超导体的电子结构研究，主要研究工作和成果如下：. 1. 首先通过结合多种退火手段我们成功制备了超导转变温度从10K到110K，掺杂覆盖整个欠掺杂区域高质量Bi2223样品。. 2. 在此基础上我们利用不同光子能量的角分辨光电子能谱技术研究了不同掺杂Bi2223体系的电子结构，主要结果包括：. （1） Bi2223费米面随着掺杂的变化，通过不同光子能量区分了内层和外层铜氧面的费米面，发现内层铜氧面所形成的能带和费米面在深度欠掺杂区域消失或变弱。. （2） 在欠掺杂区域的超导能隙方程，在欠掺杂Tc=42K的样品中除了发现内层铜氧面费米面的消失外，外层铜氧面的能隙分布在nodal区域也偏离d波，在全动量空间都有限的能隙，而没有节点的存在。. （3）进一步我们还在深度欠掺杂区域发现了超能能隙内的电子态密度。这里的态存在在超导gap内，它几乎不随超导相变而变化，说明这些态与超导无关，可能和深度欠掺杂区域的反铁磁和超导共存相关，或者与赝能隙有关。. 3. 作为对高动量分辨的光电子能谱的互补，我们还利用高空间分辨的低温STM技术研究了体系的电子结构空间分布特点，主要包括：. （1）表面形貌研究，发现一维的26A左右的超结构调制。. （2）通过STS和超导能隙不均一性测量发现不同掺杂的样品表现出明显的不同现象。. （3）发现样品表面态密度的周期性调制。