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核磁共振法对(Sr1-xCax)3Ir4Sn13和A2Cr3As3的量子临界性研究

2020-12-02阅读(819)

核磁共振法对(Sr1-xCax)3Ir4Sn13和A2Cr3As3的量子临界性研究

论文摘要

在非常超导体的相图中,例如铜基、铁基、重费米子超导体,超导相经常伴随着结构相变、磁相变、电荷密度波等。研究这些相变与超导的关系有助于理解超导机理。在某些情况下,通过加压,掺杂,磁场,单轴压力等手段能将与超导相近的结构相变或磁相变的转变温度调控至零,对应的量子涨落被认为对超导的发生起至关重要的作用。本文首先介绍了核磁共振的基本原理和基本方法。第二部分介绍了核磁共振（NMR）对(Sr1-xCax)3Ir4Sn13及具有相同结构的Ca3Rh4Sn13的实验结果。对于(Sr1-xCax)3Ir4Sn13样品,降温会发生结构相变,NMR数据中能够清晰地看到结构相变的发生。我发现结构相变温度Ts之上存在一个特征温度T*,核磁共振谱半高全宽（FWHM）、奈特位移（K）,自旋晶格弛豫率1/T1T都在这一温度出现异常变化。作为对比,Ca3Rh4Sn13不发生结构相变,也不存在T*。通过分析四个样品的科林加（korringa）系数,我发现反铁磁涨落从T*开始出现并在低温变得明显。基于这些数据,我构建了(Sr1-xCax)3Ir4Sn13和Ca3Rh4Sn13的相图,我的结果为理解超导和结构相变的关系提供了新的视角。第三部分介绍了核四极矩共振（NQR）实验对A2Cr3As3(A=Na,Na0.75K0.25,K,Rb)的铁磁量子性的研究结果。从四个样品的1/T1T上得出,从Na到Rb,系统逐渐靠近铁磁量子临界点（QCP）。这归因于键角Cr2-As2-Cr2（α）逐渐向90?靠近时,通过Cr2-As2-Cr2通道的铁磁相互作用逐渐增强。远离铁磁QCP时,系统的Tc快速升高,到Na2Cr3As3时能达到8K,这与反铁磁QCP处Tc为极大值形成鲜明的对比。我用Moriya三维铁磁涨落理论拟合1/T1T数据,得到表征涨落强度的量θ。碱金属离子半径R与键角α成正比,都可以表征交换相互作用。由此我构建了A2Cr3As3的相图。超导态下,四个样品的1/T1快速下降,都没有相干峰,并且温度低于0.6Tc时,出现1/T1正比于T5的温度依赖关系,这表明它们的超导能隙中存在点状节点。我的结果表明A2Cr3As3可能是超流3He的固态翻版。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 引言
  •   1.1 超导简史
  • 3M4Sn13系列超导简介'>  1.2 R3M4Sn13系列超导简介
  •   1.3 铬基超导
  •     1.3.1 CrAs
  • 2Cr3As3'>    1.3.2 A2Cr3As3
  •   1.4 铁磁超导体
  • 第二章 核磁共振基本原理
  •   2.1 原子核的性质
  •     2.1.1 原子核的磁矩
  •     2.1.2 孤立原子核的能级
  •     2.1.3 宏观磁化强度
  •     2.1.4 能量的吸收和驰豫
  •     2.1.5 布洛赫方程
  •   2.2 原子核与外界的相互作用
  •     2.2.1 核之间的相互作用
  •     2.2.2 核与电子轨道的相互作用
  •     2.2.3 核与电子自旋的相互作用
  •     2.2.4 核四极矩相互作用
  •   2.3 驰豫
  •     2.3.1 自旋晶格驰豫
  •     2.3.2 自旋自旋驰豫
  •   2.4 超导态的核磁共振研究
  •     2.4.1 超导态的奈特位移
  •     2.4.2 超导态的自旋晶格弛豫率
  •   2.5 本章小结
  • 第三章 实验方法
  •   3.1 核磁共振谱的测量方法
  •     3.1.1 FID, spin echo, FFT glue三种方法测谱
  •     3.1.2 脉冲的相位选择
  •     3.1.3 确定π和π/2脉冲
  •   3.2 弛豫时间的测量方法
  •     3.2.1 自旋自旋弛豫时间的测量
  •     3.2.2 自旋晶格弛豫时间的测量
  •     3.2.3 CPMG
  •   3.3 核磁共振实验设备
  •     3.3.1 射频线圈
  •     3.3.2 核磁共振谱仪
  •     3.3.3 超导磁体
  •   3.4 电阻率磁化率测量方法
  •   3.5 样品生长
  • 3M4Sn13的核磁共振研究'>第四章 R3M4Sn13的核磁共振研究
  •   4.1 样品的选择及表征
  • 3M4Sn13的正常态'>  4.2 R3M4Sn13的正常态
  •     4.2.1 结构相变之上电子态的异常
  •     4.2.2 T*之后电子态的改变
  •     4.2.3 相图
  • 3Ir4Sn13超导态'>  4.3 Ca3Ir4Sn13超导态
  •   4.4 与结构相变量子临界点相关的进一步研究
  •   4.5 本章小结
  • 2Cr3As3的核四极矩共振研究'>第五章 A2Cr3As3的核四极矩共振研究
  • 3He'>  5.1 铁磁超导体及3He
  • 2Cr3As3中发现铁磁涨落'>  5.2 Rb2Cr3As3中发现铁磁涨落
  • 2Cr3As3家族的研究'>  5.3 A2Cr3As3家族的研究
  • 2Cr3As3正常态性质及其相图'>    5.3.1 A2Cr3As3正常态性质及其相图
  • 2Cr3As3超导态性质'>    5.3.2 A2Cr3As3超导态性质
  •   5.4 将来可以继续的研究
  •   5.5 本章小结
  • 第六章 全文总结
  • 参考文献
  • 个人简历
  • 发表文章目录
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 博士论文

    作者: 罗军

    导师: 郑国庆

    关键词: 铬基超导体,准方钴矿超导体,核磁共振,量子临界性,磁性涨落

    来源: 中国科学院大学(中国科学院物理研究所)

    年度: 2019

    分类: 基础科学

    专业: 物理学,物理学

    单位: 中国科学院大学(中国科学院物理研究所)

    分类号: O511.3;O482.532

    总页数: 116

    文件大小: 19889K

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