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超导是凝聚态物理中一个神奇而又复杂的宏观物理现象。著名的BCS理论用基于电声子相互作用的电子库伯对模型成功地解释了常规超导体的配对机制,然而He3超流和铜氧化物等非常规超导体的发现对BCS理论提出了挑战,而且至今非常规超导的形成机理仍是一个悬而未解的问题。人们逐渐意识到,要想深刻理解其形成机理,在研究铜基高温超导体的同时,还需不断寻找和研究新型超导材料来与其做对比和印证。 2008年新型铁基高温超导体的发现为高温超导研究注入了新的活力。大量实验结果表明,铁基高温超导体在晶格结构、母相磁有序等方面与铜基高温超导体存在共性,但铁基高温超导体也有其独特的性质,例如其母体具有金属性而非铜基超导母体的绝缘性,且具有多带的低能电子结构。(Ca,La) FeAs2是近期发现的一种新型铁基高温超导材料。理论计算表明,较‘122’型铁基超导材料,(Ca,La) FeAs2中额外的扭折排列As层会在费米能级附近贡献出As p轨道,这使我们联想到铜氧化物超导体中O2p与Cu3d轨道在费米能级附近发生轨道杂化的情况,因此在(Ca,La)FeAs2超导体中As p参与的轨道杂化可能对其非常规超导的形成起到重要作用。另外,5d过渡金属氧化物Sr2IrO4,与铜基高温超导母体La2CuO4具有多方面的共性,包括晶体结构、绝缘基态、低温反铁磁有序和单带的电子结构等,多个理论计算预言其电子(空穴)型掺杂会激发d波(p波)超导态,并且有关Sr2IrO4的表面的电子型掺杂结果已观测到类似于铜基高温超导体的费米弧(Fermi arcs)和能隙节点(gap node)。若实验上能通过体的电荷掺杂实现其超导转变,必然对进一步研究铜基高温超导的形成机理具有重要的科研价值。 基于以上两方面考虑,利用角分辨光电子能谱系统研究了Ca0.9La0.1FeAs2的低能电子结构;同时,利用氧化物分子束外延与原位角分辨光电子能谱的集成系统对Sr2IrO4的电子结构随电荷掺杂的变化展开了一系列列研究,得到如下结果: 1.利用配有偏振极化光的角分辨光电子能谱结合DFT理论计算,确定了Ca0.9La0.1FeAs2的低能能带分布及电子结构三维性。结果显示Ca0.9La0.1FeAs2具有与其他铁基超导材料相似的多带和多轨道特性。变换光子能量时,费米能级附近多个能带沿kz方向表现为准二维色散分布。结合DFT计算的分析结果表明,Fe3d轨道与As4p轨道在费米能级附近发生轨道杂化,说明包含扭折As链的CaAs层与FeAs层之间存在强耦合。实验结果表明(Ca,La) FeAs2中As4p轨道与铜氧化物超导体中O2p轨道似乎扮演相似角色,都对非常规超导态的低能电子轨道有明显贡献,这一实验工作为理解超导转变机理提供了新的实验依据。 2.通过电子型掺杂有效改变了Sr2IrO4费米能级附近的电子结构。利用氧化物分子束外延技术生长了一系列不同电子掺杂比例的(Sr1-xLax)2IrO4单晶薄膜,并利用原位角分辨光电子能谱研究了其电子结构变化。结果表明,随着La掺杂比例的增加,(Sr1-xLax)2IrO4的费米能级逐渐向更高的能量偏移。我们首次实现了对SraIrO4薄膜体电子结构的高浓度载流子掺杂,并在15%名义掺杂的薄膜中直接发现了存在电子型费米口袋的证据。这个结果为该掺杂系统可能存在非常规超导的理论预言提供了重要实验约束,并为进一步实现自旋轨道耦合条件下5d电子结构中人工物性调控提供了新的实验方法。