基于同步輻射實(shí)驗(yàn)方法的低維系統(tǒng)物理性質(zhì)研究.pdf

1、本論文介紹了我利用基于同步輻射的非彈性x光散射和角分辨光電子譜實(shí)驗(yàn)方法研究低維物理系統(tǒng)的一些工作。非彈性x光散射和角分辨光電子譜技術(shù)是兩個(gè)互補(bǔ)的技術(shù)，非彈性x光散射探測(cè)的是電荷密度關(guān)聯(lián)函數(shù)，告訴我們系統(tǒng)電子激發(fā)的信息；而角分辨光電子譜測(cè)到的是單粒子譜函數(shù)，告訴我們電子結(jié)構(gòu)信息。依照維度的順序，從低到高，本論文先從近似零維的有機(jī)小分子開(kāi)始，而后是準(zhǔn)一維的無(wú)機(jī)Mott絕緣體和有機(jī)鏈狀導(dǎo)體，最后介紹我的關(guān)于準(zhǔn)二維的高溫超導(dǎo)體Bi2201系統(tǒng)的

2、工作。 我們首次將非彈性x光散射技術(shù)(IXS)運(yùn)用于研究有機(jī)系統(tǒng)。證明了非彈性x光散射對(duì)有機(jī)系統(tǒng)是可見(jiàn)的。對(duì)于有機(jī)光學(xué)材料中的激子研究，之前電子能量損失譜(EELS)已有一些工作，這些工作得到了對(duì)于共軛有機(jī)分子來(lái)說(shuō)，激子尺寸是分子尺寸而和分子具體結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)的結(jié)論。但是對(duì)于EELS的數(shù)據(jù)解釋?zhuān)恢币悦锥即嬖跔?zhēng)議。我們的工作提出了一個(gè)實(shí)驗(yàn)上的反例證明了之前對(duì)于EELS結(jié)果的解釋是錯(cuò)誤的。并且結(jié)合ZINDO/SCI的量子化學(xué)計(jì)算方法，我

3、們發(fā)現(xiàn)對(duì)于Py-SO這樣的有機(jī)復(fù)雜小分子系統(tǒng)，最低能量的激子尺度僅局限于一個(gè)分子中小的區(qū)域。推翻了之前EELS得到的結(jié)論。我們還觀察到了最低能量激子的有限色散，約為130meV。說(shuō)明分子間的作用在該系統(tǒng)中并不能完全忽略。我們的結(jié)果對(duì)于光學(xué)功能材料的設(shè)計(jì)有著指導(dǎo)意義，尤其是那些基于激子的轉(zhuǎn)移和運(yùn)動(dòng)的材料。在成功將IxS應(yīng)用于有機(jī)系統(tǒng)后，我們進(jìn)一步研究了C60單晶系統(tǒng)。并得到了很漂亮的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。對(duì)不同方向的能量損失譜比較，發(fā)現(xiàn)結(jié)果完全一致，

4、說(shuō)明我們得到的是C60分子中激發(fā)的信息，分子間的作用很弱。進(jìn)一步的分析正在進(jìn)行中。 對(duì)于一維系統(tǒng)的研究，我主要利用共振x光非彈性散射研究了無(wú)機(jī)Mott絕緣體Sr<,2>CuO<,3>。系統(tǒng)和利用角分辨光電子譜研究了有機(jī)導(dǎo)體TTF-TCNQ系統(tǒng)。 對(duì)于一維的量子自旋系統(tǒng)Sr<,2>CuO<,3>的研究。和以前的工作不同，這個(gè)工作的實(shí)驗(yàn)是在Cu的ls到3d吸收邊作的，得到和Cu 3d軌道相關(guān)的電子激發(fā)的更直接的信息。能量損失

5、譜顯示系統(tǒng)能量最低的激發(fā)約在2.0eV，比在ls到4p邊得到的最低峰能量小了約0.6eV。且實(shí)驗(yàn)觀察到的該特征峰的色散約有0.2ev，周期為n。這和在ls到4p觀察到的結(jié)果都不一樣，和光學(xué)測(cè)量結(jié)果比較，我們認(rèn)為這個(gè)低能激發(fā)應(yīng)該是d-d間的激發(fā)。 對(duì)于一維有機(jī)鏈狀導(dǎo)體TTF-TCNQ，通過(guò)對(duì)角分辨光電子譜結(jié)果的細(xì)致研究，我們發(fā)現(xiàn)存在一些反常的奇怪現(xiàn)象。我們觀察到了約100meV的贗能隙存在，而且譜中有很寬的“準(zhǔn)粒子”峰線型。另外，

6、散射率和能量的關(guān)系表現(xiàn)出了類(lèi)似費(fèi)米液體的二次型行為，而且電阻率的測(cè)量也有類(lèi)似現(xiàn)象。我們的工作，為理論提出了新的問(wèn)題。 對(duì)于銅氧化物超導(dǎo)體的研究，之前主要集中在欠摻雜區(qū)。而對(duì)過(guò)摻雜區(qū)，特別是超過(guò)摻雜區(qū)的研究較少。而要對(duì)高溫超導(dǎo)機(jī)理有全面理解，對(duì)超過(guò)摻雜區(qū)的了解也是比不可少的。本工作利用角分辨光電子譜(ARPES)對(duì)單層的高溫超導(dǎo)體Bi2201系統(tǒng)過(guò)摻雜，特別是超過(guò)摻雜區(qū)作了系統(tǒng)研究。超過(guò)摻雜區(qū)樣品摻雜程度到超導(dǎo)消失。我們的得到的結(jié)

7、果顯示電一聲相互作用對(duì)于節(jié)點(diǎn)方向的準(zhǔn)粒子行為是占主導(dǎo)地位的。而在反節(jié)點(diǎn)區(qū)域，磁漲落的影響起了關(guān)鍵作用。我們的發(fā)現(xiàn)為目前存在的爭(zhēng)論提供了又一個(gè)新的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。另外，盡管在高摻雜的地方伴隨著超導(dǎo)電性的逐漸消失，長(zhǎng)程的磁漲落消失了。但是我們發(fā)現(xiàn)短程的磁漲落依然決定了準(zhǔn)粒子的色散，這個(gè)區(qū)域的關(guān)聯(lián)依然很強(qiáng)。而且，我們發(fā)現(xiàn)對(duì)于整個(gè)過(guò)摻雜區(qū)，系統(tǒng)依然表現(xiàn)“奇異金屬”性質(zhì)，而不像之前認(rèn)為的那樣，是“正常金屬”。 上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明低維體系中存在著很