超導(dǎo)渦旋電荷及磁通渦旋態(tài)相變研究.pdf

1、二十世紀(jì)九十年代以來(lái)，隨著納米技術(shù)的發(fā)展，介觀超導(dǎo)渦旋動(dòng)力學(xué)逐漸成為一個(gè)新興的研究領(lǐng)域。介觀超導(dǎo)體是指它的幾何尺寸與體系的物理特征尺度如相干長(zhǎng)度ζ或穿透深度λ相當(dāng)。與宏觀超導(dǎo)體相比，介觀樣品有很強(qiáng)的邊界效應(yīng)，它們的渦旋態(tài)在很大程度上會(huì)受到樣品的尺寸和形狀的影響。另外，多年來(lái)人們對(duì)高溫超導(dǎo)體中渦旋結(jié)構(gòu)性質(zhì)的研究一直抱有很大的興趣。既然高溫超導(dǎo)體的母體化合物是反鐵磁Mott絕緣體，所以考慮到自旋磁性與超導(dǎo)電性的相互競(jìng)爭(zhēng)，新奇的渦旋態(tài)性質(zhì)倍受

2、期待。 本論文運(yùn)用Bogoliubov-de Gennes理論和唯象Ginzburg-Landau理論，分別研究了塊狀高溫超導(dǎo)體以及在de Gennes邊界條件n→·(-ih△→-2eA→/C)ψ｜s=i/bψ｜s(b為波函數(shù)表面延展長(zhǎng)度)下的薄介觀超導(dǎo)環(huán)中的渦旋電荷分布及磁通渦旋態(tài)相變。論文主要包括以下幾方面內(nèi)容： (1)在具有競(jìng)爭(zhēng)的反鐵磁與d波超導(dǎo)電性相互作用的有效模型哈密頓量中引入次最近鄰躍遷項(xiàng)，對(duì)Bogoliub

3、ov-de Gennes方程進(jìn)行數(shù)值求解來(lái)研究次最近鄰躍遷對(duì)不同摻雜水平的高溫超導(dǎo)體中反鐵磁性及渦旋電荷分布的影響。我們的數(shù)值結(jié)果表明對(duì)于最佳摻雜的樣品(空穴摻雜δ=0.15)，當(dāng)次最近鄰躍遷強(qiáng)度(與最近鄰躍遷強(qiáng)度之比)從0增長(zhǎng)到0.4時(shí)，渦旋芯處的反鐵磁序大小先被增強(qiáng)后被抑制，同時(shí)伴隨著渦旋電荷符號(hào)可以從正變成負(fù)。另外對(duì)于欠摻雜樣品，即使在反鐵磁序保持很強(qiáng)的情況下正渦旋電荷也能夠被觀察到，這很好的解釋了核磁共振實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。最后，我們發(fā)

4、現(xiàn)隨著次最近鄰躍遷強(qiáng)度的變化，渦旋電荷和自旋密度波序的空間結(jié)構(gòu)能夠發(fā)生二維四重對(duì)稱與一維條紋之間的轉(zhuǎn)變。 (2)應(yīng)用唯象Ginzburg-Landau理論研究具有表面增強(qiáng)超導(dǎo)電性效應(yīng)(b<0)的薄介觀超導(dǎo)環(huán)的渦旋態(tài)性質(zhì)。對(duì)于具有不同表面增強(qiáng)超導(dǎo)電性強(qiáng)度的相同超導(dǎo)環(huán)以及具有相同表面增強(qiáng)超導(dǎo)電性強(qiáng)度的不同超導(dǎo)環(huán)，分別調(diào)查了其自由能、庫(kù)珀對(duì)密度、電流密度和H-T相圖。另外，在我們所研究的小超導(dǎo)環(huán)中出現(xiàn)了穩(wěn)定多渦旋態(tài)。隨著內(nèi)半徑的增長(zhǎng)，

5、我們發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定的(1:L2)和(2:L2)多渦旋態(tài)能夠成為基態(tài)。 (3)應(yīng)用唯象Ginzburg-Landau理論研究具有表面增強(qiáng)超導(dǎo)電性效應(yīng)的薄介觀超導(dǎo)環(huán)中不同渦旋態(tài)之間的超導(dǎo)相變。對(duì)于小尺寸環(huán)，隨著表面增強(qiáng)超導(dǎo)電性強(qiáng)度的增大，發(fā)現(xiàn)了具有AL>1(L是渦旋態(tài)的渦量)的不同巨渦旋態(tài)之間以及巨渦旋態(tài)和多渦旋態(tài)之間的轉(zhuǎn)變。通過(guò)H-｜ζ/b｜、H-Ri和H-T相圖分別研究了表面增強(qiáng)超導(dǎo)電性效應(yīng)、內(nèi)半徑以及溫度對(duì)超導(dǎo)相變的影響。繼續(xù)增加表面增強(qiáng)超

6、導(dǎo)電性強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)不同內(nèi)半徑的環(huán)中出現(xiàn)了具有相同渦量的重進(jìn)入(reentrant)轉(zhuǎn)變以及具有△L>1的不同穩(wěn)定多渦旋態(tài)之間的轉(zhuǎn)變。最后，我們研究了相對(duì)大尺寸的超導(dǎo)環(huán)的渦旋結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)由于表面增強(qiáng)超導(dǎo)電性效應(yīng)的作用，具有兩個(gè)穩(wěn)定渦旋環(huán)(shell)的渦旋態(tài)能夠成為基態(tài)。 (4)應(yīng)用唯象Ginzburg-Landau理論研究具有表面增強(qiáng)超導(dǎo)電性效應(yīng)的薄介觀超導(dǎo)環(huán)中渦旋電荷分布。我們發(fā)現(xiàn)渦旋電荷分布受到了表面延展長(zhǎng)度b、環(huán)內(nèi)外半徑以及應(yīng)