三個(gè)典型低維電子體系的熱電效應(yīng)研究.pdf

1、輸運(yùn)性質(zhì)測(cè)量是探測(cè)材料內(nèi)部的各種散射機(jī)制的重要手段。載流子的輸運(yùn)過(guò)程跟電子結(jié)構(gòu)和各種低能激發(fā)密切相關(guān)，也受到缺陷、雜質(zhì)等的影響，因而是被廣泛用于研究超導(dǎo)、重費(fèi)米子體系、以及量子相交和臨界行為。特別是Nernst效應(yīng)，由于近年來(lái)人們發(fā)現(xiàn)其對(duì)電子結(jié)構(gòu)和相變十分敏感，越來(lái)越得到人們的重視。
　　 在本論文里，我們用輸運(yùn)性質(zhì)（包括磁熱電效應(yīng)）測(cè)量分別研究了三種有代表性的低維電子體系：（1）最近發(fā)現(xiàn)的新鐵基超導(dǎo)體1111相的LaFeAsO

2、0.9F0.1的輸運(yùn)測(cè)量，包括能斯特效應(yīng)的測(cè)量；（2）研究了半金屬物質(zhì)石墨在極低溫強(qiáng)磁場(chǎng)下的輸運(yùn)性質(zhì)。（3）對(duì)重費(fèi)米子超導(dǎo)體URu?Si?進(jìn)行了電阻率和熱電勢(shì)的研究。對(duì)于前兩種體系的能斯特效應(yīng)研究，我們都是首次報(bào)道。所得到的主要?jiǎng)?chuàng)新性結(jié)果如下：
　　 （1）對(duì)于Tc為26K的1111相鐵基超導(dǎo)體LaFeAsO0.9F0.1，我們首先報(bào)道了其Nernst效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)其能斯特系數(shù)在正常態(tài)是負(fù)的，只有較弱的溫度依賴關(guān)系。但在超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度

3、以上到50K左右的溫度范圍，我們發(fā)現(xiàn)能斯特信號(hào)便開(kāi)始偏離正常態(tài)的背景，開(kāi)始明顯增大。結(jié)合電阻率、霍爾系數(shù)和熱電勢(shì)測(cè)量，我們得到了的非對(duì)角佩爾貼（Peltier）系數(shù)等物理量。非對(duì)角的佩爾貼系數(shù)同樣在50K以下被壓制。我們認(rèn)為，在50K左右增大的能斯特信號(hào)可能來(lái)自于被壓制的自旋漲落。在Tc以下，我們觀測(cè)到了由磁通流動(dòng)所引起的正的能斯特信號(hào)。在1111相中，由于二維特性，其磁通融化區(qū)也較大，可以與高溫超導(dǎo)體相比擬。
　　 （2）在普

4、通金屬中，由于Sondheimer CancellaTiO2的原因，能斯特信號(hào)都很小，所以研究它的人并不多。在理論上，Nernst效應(yīng)也是一種缺少深入理解的輸運(yùn)現(xiàn)象。我們研究了由類似無(wú)數(shù)層二維石墨烯組成的三維塊體石墨中的能斯特信號(hào)。發(fā)現(xiàn)與二維的單層的石墨烯相比，兩者的能斯特信號(hào)卻有著天壤之別：在朗道能級(jí)經(jīng)過(guò)化學(xué)勢(shì)時(shí)，三維的石墨的能斯特信號(hào)總是出現(xiàn)蜂。而據(jù)報(bào)道，二維的石墨烯的能斯特信號(hào)卻是消失的。分析這兩者之間的差異：三維的石墨比二維的石

5、墨烯多出的是層與層之間的耦合。所以，我們認(rèn)為這層間的耦合便是這種維度轉(zhuǎn)變的來(lái)源。比較三維和二維費(fèi)米面的不同，我們更發(fā)現(xiàn)：當(dāng)掃描磁場(chǎng)時(shí)，三維費(fèi)米面會(huì)發(fā)生電子的拓?fù)湎嘧儯嘿M(fèi)米面變成量子化的環(huán)片。隨著磁場(chǎng)的變化，偶數(shù)的量子化環(huán)片會(huì)移動(dòng)，并在一定的磁場(chǎng)下合并，變成奇數(shù)個(gè)量子化的環(huán)片，這時(shí)發(fā)生電子的拓?fù)湎嘧?。我們認(rèn)為這種電子拓?fù)湎嘧兪侨S塊體石墨中能斯特效應(yīng)峰的來(lái)源。我們同時(shí)發(fā)現(xiàn)，在各種輸運(yùn)系數(shù)中能斯特效應(yīng)是對(duì)這種拓?fù)潆娮酉嘧冏蠲舾械?。所以，測(cè)量

6、Nernst效應(yīng)是探測(cè)電子拓?fù)湎嘧冏钣行У姆绞健?br>　　 （3）重費(fèi)米子超導(dǎo)體是比高溫超導(dǎo)體還要早發(fā)現(xiàn)的非常規(guī)超導(dǎo)體，卻還依然有著強(qiáng)大吸引力的一個(gè)體系。我們對(duì)重費(fèi)米子超導(dǎo)體URu2Si2的兩個(gè)不同方向上，進(jìn)行了電阻率和熱電勢(shì)的測(cè)量。分別使用電流與熱流與磁場(chǎng)平行的方式進(jìn)行，避免了額外的磁阻引入。我們發(fā)現(xiàn)與其它的各向異性的超導(dǎo)體不同，電導(dǎo)率小的方向上反而上臨界場(chǎng)Hc2比較高。進(jìn)而，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)電流（熱流）沿著C方向時(shí)，這兩種輸運(yùn)性質(zhì)呈現(xiàn)