超導渦旋電荷及磁通渦旋態(tài)相變研究.pdf

1、二十世紀九十年代以來，隨著納米技術的發(fā)展，介觀超導渦旋動力學逐漸成為一個新興的研究領域。介觀超導體是指它的幾何尺寸與體系的物理特征尺度如相干長度ζ或穿透深度λ相當。與宏觀超導體相比，介觀樣品有很強的邊界效應，它們的渦旋態(tài)在很大程度上會受到樣品的尺寸和形狀的影響。另外，多年來人們對高溫超導體中渦旋結構性質的研究一直抱有很大的興趣。既然高溫超導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電性的相互競爭，新奇的渦旋態(tài)性質倍受

2、期待。 本論文運用Bogoliubov-de Gennes理論和唯象Ginzburg-Landau理論，分別研究了塊狀高溫超導體以及在de Gennes邊界條件n→·(-ih△→-2eA→/C)ψ｜s=i/bψ｜s(b為波函數表面延展長度)下的薄介觀超導環(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容： (1)在具有競爭的反鐵磁與d波超導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，對Bogoliub

3、ov-de Gennes方程進行數值求解來研究次最近鄰躍遷對不同摻雜水平的高溫超導體中反鐵磁性及渦旋電荷分布的影響。我們的數值結果表明對于最佳摻雜的樣品(空穴摻雜δ=0.15)，當次最近鄰躍遷強度(與最近鄰躍遷強度之比)從0增長到0.4時，渦旋芯處的反鐵磁序大小先被增強后被抑制，同時伴隨著渦旋電荷符號可以從正變成負。另外對于欠摻雜樣品，即使在反鐵磁序保持很強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驗的結果。最后，我們發(fā)

4、現(xiàn)隨著次最近鄰躍遷強度的變化，渦旋電荷和自旋密度波序的空間結構能夠發(fā)生二維四重對稱與一維條紋之間的轉變。 (2)應用唯象Ginzburg-Landau理論研究具有表面增強超導電性效應(b<0)的薄介觀超導環(huán)的渦旋態(tài)性質。對于具有不同表面增強超導電性強度的相同超導環(huán)以及具有相同表面增強超導電性強度的不同超導環(huán)，分別調查了其自由能、庫珀對密度、電流密度和H-T相圖。另外，在我們所研究的小超導環(huán)中出現(xiàn)了穩(wěn)定多渦旋態(tài)。隨著內半徑的增長，

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)應用唯象Ginzburg-Landau理論研究具有表面增強超導電性效應的薄介觀超導環(huán)中不同渦旋態(tài)之間的超導相變。對于小尺寸環(huán)，隨著表面增強超導電性強度的增大，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)之間的轉變。通過H-｜ζ/b｜、H-Ri和H-T相圖分別研究了表面增強超導電性效應、內半徑以及溫度對超導相變的影響。繼續(xù)增加表面增強超

6、導電性強度，發(fā)現(xiàn)不同內半徑的環(huán)中出現(xiàn)了具有相同渦量的重進入(reentrant)轉變以及具有△L>1的不同穩(wěn)定多渦旋態(tài)之間的轉變。最后，我們研究了相對大尺寸的超導環(huán)的渦旋結構，發(fā)現(xiàn)由于表面增強超導電性效應的作用，具有兩個穩(wěn)定渦旋環(huán)(shell)的渦旋態(tài)能夠成為基態(tài)。 (4)應用唯象Ginzburg-Landau理論研究具有表面增強超導電性效應的薄介觀超導環(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度b、環(huán)內外半徑以及應