Ni-,3-Al合金和硫族磁性化合物中的量子臨界現(xiàn)象研究.pdf

1、在一些強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子系統(tǒng)中（如：銅氧化物超導(dǎo)體、鐵基超導(dǎo)體、重費(fèi)米子以及一些釕氧化物），通過壓力、磁場或元素替代等手段，將其磁相變溫度抑制OK，在該臨界壓力（Pc）、磁場（Hc）或者臨界替代濃度（xc）附近，系統(tǒng)的諸多物理性質(zhì)呈現(xiàn)一系列反常。與由溫度驅(qū)動的傳統(tǒng)的相變不同，由外部條件（p，H，x）變化所誘導(dǎo)的這種從磁有序態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序態(tài)的T=OK量子相變，通常伴隨著強(qiáng)烈的自旋量子漲落，從而決定了系統(tǒng)在很寬的相空間（T，H；T，p或T，x）的物理

2、性質(zhì)。由此可見，選擇更多的磁性系統(tǒng)，甚至是傳統(tǒng)的磁性化合物，采用元素替代、外加磁場或加壓力等方法，抑制其長程磁有序，通過觀測臨界點（pc、Hc或xc）附近樣品的物性，在更多的磁性系統(tǒng)中，證實其非Fermi液體行為與零溫度下自旋量子漲落存在本質(zhì)關(guān)聯(lián)，這在凝聚態(tài)物理學(xué)中是一個非常重要的研究課題，其研究結(jié)果無論對高溫超導(dǎo)電性的微觀機(jī)制的理解還是對強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子系統(tǒng)物理的建立都具有重要意義。
　　 本論文共分為六章，其主要內(nèi)容如下：

3、　　 第一章我們綜述了近年來有關(guān)量子相變的理論和實驗研究進(jìn)展，同時對本論文研究的意義及內(nèi)容給出簡單的概括。
　　 第二章巡游電子鐵磁系統(tǒng)Ni3Al1-x Gax中的量子臨界現(xiàn)象研究。我們采用Arc-Melting方法制備了不同Ga替代濃度的Ni3Al1-xGax系列樣品,對其結(jié)構(gòu)、磁化強(qiáng)度、電阻率和比熱的進(jìn)行了系統(tǒng)觀測,結(jié)果發(fā)現(xiàn)：隨著Ga替代濃度x值的增加,系統(tǒng)的鐵磁相變溫度逐漸降低,在x=0.34附近被抑制至0 K,系統(tǒng)在該

4、臨界濃度附近發(fā)生了巡游電子鐵磁到順磁的量子相變。在國際首次獲得Ni3Al1-xGax系統(tǒng)的磁相圖；該臨界濃度附近樣品的低溫磁化強(qiáng)度-磁場、起始磁化率-溫度關(guān)系分別呈現(xiàn)M∞H1/3和1/χinitial∝T4/3標(biāo)度律行為；不同溫度下,與自旋量子漲落譜相關(guān)的γ值隨著磁場變化呈現(xiàn)峰值效應(yīng),在國際上,首次通過對不同溫度下測得的磁化曲線M(H)分析,結(jié)合理論解釋,獲得了自旋量子漲落譜信息；通過對其不同磁場下低溫比熱的觀測,證實在該系統(tǒng)中自旋量子

5、漲落對比熱的貢獻(xiàn)滿足C/T oc-logT關(guān)系,同時發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)為中等關(guān)聯(lián)電子系統(tǒng)；在量子臨界點附近樣品的電阻率-溫度關(guān)系呈現(xiàn)非費(fèi)米液體行為。
　　 第三章NiS2-xSex中的反鐵磁量子臨界現(xiàn)象研究。針對NiS2-xSex系統(tǒng)在x=1.0附近發(fā)生的反鐵磁-順磁的量子相交,制備了一系列NiS2-xSex(x=0.96,0.98,1.00,1.05,1.10和1.20)多晶樣品,對其結(jié)構(gòu)、磁性質(zhì)和電阻率進(jìn)行了系統(tǒng)的觀測。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：樣

6、品磁化率-溫度關(guān)系呈現(xiàn)典型的強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子系統(tǒng)特征,NiS2-xSex(x1.0)中存在兩類載流子,一類是巡游的,另一類是局域的,甚至可能存在動態(tài)的電子相分離；與銅氧化物超導(dǎo)體的正常態(tài)具有類似的電阻率-溫度關(guān)系的線性行為；在反鐵磁量子臨界點附近的x=0.98和x=1.00樣品,由于存在強(qiáng)烈的量子自旋漲落效應(yīng),低溫下(3-30 K)其電阻率-溫度滿足p(T)∞T3.2關(guān)系,呈現(xiàn)非費(fèi)米液體行為,而在偏離臨界點(如x=1.10和1.20)樣品的p

7、-T又呈現(xiàn)費(fèi)米液體理論所預(yù)期的T2關(guān)系。
　　 第四章有關(guān)Co(S1-xSex)2中的鐵磁量子相變研究。針對Co(S1-xSex)2系統(tǒng)在x=0.11附近發(fā)生的鐵磁金屬到順磁金屬相變，制備了一系列不同Se替代濃度的樣品，對其結(jié)構(gòu)和電阻率-溫度ρ(T)關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)觀測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：系統(tǒng)鐵磁相變溫度Tc隨著Se替代濃度的增加，以x關(guān)系單調(diào)下降，鐵磁相變也由二級轉(zhuǎn)變?yōu)橐患壪嘧儭Ｔ谂R界濃度x=0.11附近，其ρ(T)關(guān)系由Fermi液體

8、行為轉(zhuǎn)變?yōu)榉荈ermi液體行為。
　　 第五章重費(fèi)米子系統(tǒng)Ce1-xYxIn3中Y部分替代對其反鐵磁有序抑制的研究。在采用助溶劑方法生長出具有不同Y替代濃度的Ce1-xYxIn3單晶樣品的基礎(chǔ)上,對其結(jié)構(gòu)和磁性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn),隨著Y替代濃度的增加,其反鐵磁相變溫度單調(diào)下降,在x=0.38附近,其反鐵磁相變溫度被抑制至0 K,獲得了Ce1-xYxln3系統(tǒng)磁相圖。
　　 第六章近鐵磁超導(dǎo)體MgCNi3的第Ⅱ類

9、超導(dǎo)電性研究。采用高壓合成的方法制備出高品質(zhì)的MgCNi3超導(dǎo)多晶樣品,其超導(dǎo)體積比接近100％。通過對其磁通釘扎機(jī)制的研究發(fā)現(xiàn)：其低場下的磁通釘扎主要起源于晶粒內(nèi)部的晶格缺陷,與常規(guī)的固態(tài)反應(yīng)法制備的多晶樣品存在本質(zhì)區(qū)別；同時還觀測到高場下磁通格子軟化所導(dǎo)致的體釘扎力峰值行為。另外,我們的研究還表明：用高壓合成得到MgCNi3超導(dǎo)多晶樣品4.2 K的臨界電流密度與商業(yè)應(yīng)用的NbTi線相當(dāng),為將來MgCNi3超導(dǎo)體材料的應(yīng)用提供了一個可