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对超导材料的物性及其机理的研究一直以来是凝聚态物理中的重要课题之一。本论文主要针对多带超导体MgB2和铜氧化物超导体展开相关研究。同时,也对具有强关联电子特性的钙钛矿La2/3Ca1/3MnO3材料中的自发相分离现象进行了实验研究。
本论文的第一部分首先简要叙述了超导电性的研究历史,然后介绍了MgB2的基本性质和铜氧化物超导体Pr2Ba4Cu7O15-δ(Pr247)和La1.85Y0.15CoO4-δ(LYCO)的物性和研究现状,最后介绍了钙钛矿锰氧化物材料的基本物理性质及其理论研究进展。
第二部分介绍了本论文所涉及的各种实验方法,包括材料的制备方法,微纳米加工技术的原理、装置和实验方法,材料的表征手段,以及电磁学性能的测量方法。
论文第三部分详细描述了300 keV氧离子注入对MgB2薄膜电磁输运性能的影响。深入研究了超导转变温度Tc、上临界场和临界电流密度等与离子注入剂量大小的变化关系。根据X射线衍射和拉曼散射图谱等的测量结果,分析认为氧离子注入能够引入点缺陷,从而导致显著的晶格结构调整和晶体畸变。在中等注入剂量水平,上临界场明显提高,而Tc却只下降了2.4 K。离子注入后,带间散射和带内散射显著增强,并且两者之间可以通过剂量变化而调制。上临界场各向异性参数有很强的温度依赖关系。另一方面,在一定的磁场范围内,临界电流密度的性能得到了明显改善。从约化钉扎力密度与约化磁场的标度关系揭示出,随注入剂量不断增加,样品中的钉扎机制经历了从晶界钉扎到点钉扎、再到晶界钉扎的演变。以上结果均表明,相对的低能离子注入可以很显著地改变MgB2薄膜的电磁输运性质。
论文第四部分介绍了利用传统的固相反应法制备化学计量比的Pr247和LYCO靶材,并研究了利用脉冲激光沉积法制备其相应薄膜的工艺条件和电输运行为。通过对薄膜结构和电阻行为的分析,我们认为常规的固相反应法制备不出单成分的Pr247相靶材和高质量的薄膜样品。在对LYCO薄膜的研究中,我们发现生长温度和热处理时间对该类材料的超导性能影响很大。对超导发生有利的(001)方向外延取向的T-LYCO结构只在一定的生长温度和热处理条件下稳定存在。
在第五部分,我们介绍了利用微纳米加工技术在脉冲激光沉积法外延生长的La2/3Ca1/3MnO3薄膜上制备纳米量级的弱连接,以及这些弱连接的电磁输运性质。在包含混合取向的微桥结构中,观测到电阻与温度(磁场)的关系曲线在金属绝缘体转变附近有电阻的不连续跳变现象,而在单一取向的样品中却没有。初步分析认为这种跳变现象是由于相分离所导致的,并与样品的结构有很大的关系。
论文的最后一部分给出了全文总结。