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研究生: 翁士民
Shih-Min Weng
論文名稱: 高溫超導銅氧化物Y1-xCaxBa2Cu3Oy和Y1-xPrxBa2Cu4O8之光譜研究
Optical studies of Y1-xCaxBa2Cu3Oy and Y1-xPrxBa2Cu4O8 cuprates
指導教授: 劉祥麟
Liu, Hsiang-Lin
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 物理學系
Department of Physics
論文出版年: 2004
畢業學年度: 92
語文別: 中文
論文頁數: 164
中文關鍵詞: 光學超導釔鋇銅氧釔釙鋇銅氧釔鈣鋇銅氧拉曼銅氧化物掃描穿隧顯微術
英文關鍵詞: optical, superconductor, YBCO, Y1-xCaxBa2Cu3Oy, Y1-xPrxBa2Cu4O8, Raman, cuprate, SPM
論文種類: 學術論文
相關次數: 點閱:154下載:22
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  • 我們研究摻雜不同電洞濃度之銅氧化物超導體Y1-xCaxBa2Cu3Oy與次摻雜之Y1-xPrxBa2Cu4O8的光譜特性,這些資訊有助於我們了解在不同相圖區域的樣品之內部電子結構、晶格動力學及雙磁振子激發的變化。
    首先,藉由分析Y1-xCaxBa2Cu3Oy的全頻光譜,我們發現,隨著電洞濃度增加,紅外光活性聲子逐漸被屏蔽,電漿邊界有藍位移的趨勢,尤其重要的是光學電導率顯現高頻往低頻的權重轉移現象,與Y1-xCaxBa2Cu3Oy的電性相轉變有緊密的關連性。此外,總和定理的分析顯示過摻雜樣品的有效電荷數目偏離Tc與電洞濃度的關係曲線。
    其次,我們分析Y1-xCaxBa2Cu3Oy的拉曼散射光譜,實驗結果顯示電子-聲子交互作用引起O(2,3)反向振動模的不對稱,隨著電洞濃度增加,頻率往低頻偏移至過摻雜而趨緩,有趣地是,僅有理想摻雜樣品的聲子自洽能受到超導臨界溫度之影響。另一方面,我們觀察到高頻拉曼散射光譜呈現雙磁振子的激發峰,隨著電洞濃度增加,雙磁振子的峰值往低頻偏移且半高寬變大,顯示其超交換能變小,衰減參數變大,反鐵磁性短程有序的相干長度變短。
    最後,我們觀察到Y0.9Pr0.1Ba2Cu4O8樣品的雙磁振子峰值,介於YBa2Cu4O8與PrBa2Cu4O8的雙磁振子激發峰之間。

    We present the optical reflectivity and Raman-scattering measurements of Y1-xCaxBa2Cu3O7 thin films and Y1-xPrxBa2Cu4O8 polycrystals. The room-temperature optical conductivity spectrum of the YBa2Cu3O6 is typical of an insulator, showing only phonons in the far-infrared and several electronic absorption bands at higher frequencies. With increasing oxygen concentration, there is a large spectral weight transferred from high-to low-frequency region. Similar behavior is also observed in the Ca doping. There are three important changes in the Raman phononic spectra:(i) a harding of the A1g c-axis bridging oxygen phonon with increasing oxygen content; (ii) a softening and broadening of the B1g planar oxygen phonon after Ca doping; (iii) as the temperature is lowered, the B1g planar oxygen phonon in YBa2Cu3O7 shows remarkable self-energy effects when the superconductiving gap opens. Moreover, the observed B1g two-magnon excitation peak near 2700 cm-1 in YBa2Cu3O6 is broadened and weakened with increasing oxygen concentration or Ca content. For the Y0.7Ca0.3Ba2Cu3O6 film, no two-magnon excitation is visible, indicating an antiferromagnetic correlation length is less than twice the lattice parameter in the heavily overdoped phase regime. Interestingly the high-frequency part of B1g Raman-scattering spectrum of Y0.9Pr0.1Ba2Cu4O8 exhibits a band peaked at ~2650 cm-1, whose position is located between the YBa2Cu4O8 and PrBa2Cu4O8.

    第一章 緒論 ………………………………………………………… 1 第二章 研究背景 …………………………………………………… 7 2-1費米液體相 ………………………………………………… 7 2-2 臨界費米液體相 ………………………………………… 10 2-2 虛能隙相 ………………………………………………… 12 2-2 量子臨界點 ……………………………………………… 13 第三章 實驗儀器設備與原理 …………………………………… 25 3-1 傅立葉轉換紅外線光譜儀 ……………………………… 25 3-2 光柵式分光光譜儀 ……………………………………… 28 3-3 反射、穿透光譜量測原理及光學參數 ………………… 31 3-3-1 電磁波在介質中的傳遞 ………………………… 31 3-3-2 電磁波在薄膜中的傳遞 ………………………… 33 3-3-3 由反射率及穿透率求得光學參數 ……………… 36 3-3-4 克拉馬-克羅尼關係式 …………………………… 38 3-3-5 介電函數之簡單模型 …………………………… 40 3-4 雷射拉曼散射光譜儀 …………………………………… 44 3-5 雷射拉曼散射原理 ……………………………………… 47 3-6 掃描探針顯微鏡 ………………………………………… 50 3-6-1 原子力顯微鏡 …………………………………… 53 3-6-1 電力顯微鏡 ……………………………………… 56 第四章 實驗步驟 ………………………………………………… 70 4-1 樣品製程 ………………………………………………… 70 4-2 樣品結構 ………………………………………………… 71 4-3 樣品電性 ………………………………………………… 73 4-4 樣品表面形貌量測 ……………………………………… 74 4-5 群論分析 ………………………………………………… 76 第五章 實驗結果與討論 ………………………………………… 103 5-1 全頻光譜 ………………………………………………… 103 5-2 Y1-xCaxBa2Cu3Oy拉曼散射光譜 ………………………… 105 5-2-1 低頻偏振拉曼散射光譜 ………………………… 105 5-2-2 低溫拉曼散射光譜 ……………………………… 108 5-2-3 高頻拉曼散射光譜 ……………………………… 110 5-3 Y1-xPrxBa2Cu4O8拉曼散射光譜 ………………………… 113 5-3-1 低頻拉曼散射光譜 ……………………………… 113 5-3-2 高頻拉曼散射光譜 ……………………………… 116 第六章 結論與未來展望 ………………………………………… 155 附錄 ……………………………………………………………… 157

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