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高温超导的磁通相图以其对高温超导的应用所具有的指导意义和它本身的研究价值备受人们的关注。同样地,对高温超导的电子态相图的研究则可能对揭示高温超导的起源具有关键作用。本论文首先研究了电子型超导体Pr0.88LaCe0.12CuO4-δ(PLCCO)单晶的尖峰效应,从而勾勒了其一个简单的Josephson磁通相图。接着研究了一系列过掺杂的La2-xSrxCuO4(LSCO)单晶和最佳掺杂的Bi系单晶Bi2Sr1.6La0.4CuO6+δ、Bi2Sr2CaCu2O8+δ和Bi2Sr2Ca2Cu3O10+δ(Bi2201、Bi2212和Bi2223)的低温比热,以图加深对它们的电子态相图的理解。
论文引言部分首先简要叙述了高温超导体基本的结构特征。对磁通相图和电子态相图的描述,着重点则放在其最近的进展和亟待研究的问题上。然后简单概括了高温超导体比热研究的理论框架。
第二章描述了交流磁化率和比热的测量方法及实验装置。
第三章介绍了PLCCO单晶交流磁化率的测量。通过施加磁场平行或垂直于CuO2面,确定了其两个方向的交流响应。特别地,在此体系笔者发现由Josephson磁通所引起的尖峰效应,测量了其随磁场的变化规律,并讨论了其可能的起源。
第四章描述了对过掺杂的LSCO单晶所进行的低温比热研究。在证实其超导态具有d波配对的基础上,讨论了比热的标度律,定量上确定了样品的一些基本参数如超导能隙、上临界场随掺杂浓度的变化。特别地,发现在掺杂浓度大于0.19时,样品的超导电性符合弱耦合的BCS理论的预言。另一方面,笔者分析了样品的剩余比热随掺杂浓度的变化,提出过掺杂的LSCO在超导态可能存在相分离。
第五章介绍了最佳掺杂的Bi系单晶的低温比热。将实验结果和现有的理论作了对照,并发现随着临界温度的提高,样品的超导能隙也在变大。这表明对最佳掺杂的铜氧化物超导体,临界温度的升高主要来源于配对强度的提高。
论文最后给出了详细的总结。