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本文主要研究了非常规超导体中的杂质效应,分为以下四部分:
第一部分:作为引论,我们简单地回顾了超导发展历史;然后介绍了非常规超导体的结构和相图,主要侧重于介绍铜氧化物高温超导体,钴氧化物超导体,准二维有机物超导体,以及重费米子超导体的结构和相图。以铜氧化物高温超导体为例,我们讨论了元素替代效应或杂质效应在研究体系电子结构和磁结构,以及解释超导配对机制和正常态赝隙成因等问题中的重要性。
第二部分:我们研究了二维f波超导体中的杂质效应,并讨论了与钴氧化物及有机物超导体的可能联系。基于t-t’-J-V模型,通过自洽求解Bogoliubov-de Gennes(BdG)方程,我们发现超导序、电荷序和自旋序之间存在较强的竞争和共存,电荷涨落和自旋涨落对于1/3填充处超导的出现具有重要作用。值得注意的是,对于自旋序,两子格中均诱导了局域铁磁序,而两子格之间的耦合是反铁磁性的,即背景是反铁磁三角格子。此外,我们通过计算局域态密度发现,当磁散射强度大于某个临界值时,杂质格点处诱导了局域共振态。我们期望这些现象可以在高分辨率扫描隧道显微镜和磁共振实验中被观测到。
第三部分:我们研究了d波超导体中的杂质效应,并讨论了相应现象在铜氧化物高温超导体和d波重费米子超导体中的可能实现。基于t-t’-J-V模型,我们通过自洽求解BdG方程,研究了磁性杂质周围的超导序,电荷序和自旋序。我们发现,随着磁散射强度的变化,杂质周围的的各种序表现出了丰富而有趣的行为,其中包括条纹,棋盘调制,以及Friedel振荡。特别地,自旋序中的棋盘调制是一个稳定的特征,在各种散射强度下都存在,其周期与中子散射实验中观测到的棋盘调制一致。此外,与非磁杂质情形不同的是,除了自旋密度波调制,磁性杂质还诱导了电荷密度波调制,而超导序的调制类似于FFLO超导态,出现了非均匀调制。最后,我们还用t-t’-U-V模型进行了计算,得到了类似的结论。通过分析,我们得出一个(也许是重要的)结论:棋盘调制模式是d波超导体中一个较为普遍的现象,并且自旋密度调制比电荷密度更稳固。我们自然地推测:自旋序的棋盘调制可能对应着某种竞争序。所以,我们的结果倾向于不支持赝隙的预配对图景,而与竞争序机制相容。这个结论与Vershinin等人得到的一致,后者通过对赝隙态BSCCO研究发现,自旋序的调制图景与现有的实验符合得最好。另外,Fauque等人甚至报道了YBCO赝隙相存在磁有序,这也表明某种竞争的自旋序可能是赝隙的成因。
第四部分:我们对本文进行总结,并期望相应的实验对本文得到的结果进行检验。我们也对未来的实验和理论作了展望,相信非常规超导体的物理性质可以在不久的将来逐渐得到理解。
总之,我们讨论了杂质效应在研究非常规超导体中的电子结构和磁结构,以及解释超导配对机制和正常态赝隙成因等问题中的重要性,这些结果对于人们进一步理解非常规超导体的物性有一定的理论价值,对于进一步的实验研究也具有一定的指导意义。