鉈鉛(1212)系統的稀土磁有序及超導性研究

Abstract

在本論文中，我們詳細地討論了有關於具有T1Ba2CaCu2O7 (1212) 結構之 T1Ba2R- Cu2O7 (R=Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu)的低溫磁性質。稀土離 子R 對Ca離子之置換使超導體中載子濃度降低，造成T1Ba2 (Ca,R)Cu2O7 之超導性 由overdop 到underdop，以至於形成非超導之絕緣態，此金屬－絕緣相轉變約發生 在稀土離子一半取代Ca之時。 在T1Ba2EuCu2O7料材中，異常的磁化率行為可以Van-Vleck 的順磁性解釋之，即一 非磁性之基態加上非常接近之其它激發態。此外，在T1Ba2RCu2O7 (R=Nd, Sm, Dy= 0.94, Ho, Er, Tm) 中，除了Pr和Gd外沒有其它稀土離子之反鐵磁溫度超過2K。 在磁化率比熱及中子繞射之研究中證實T1Ba2PrCu2O7中Pr具有相當高的反鐵磁溫度 (8K)，遠高於T1Ba2GdCu2O7的2.2 K 為了與PrBa2Cu3O7比較，載子與不同之鹼土族 置換效應將在本論文中討論，為此我們製做了T1Sr2RCu2O7 (R=Pr, Gd)及(Pb, Cu) Sr2RCu2O7 (R=Pr, Gd)，我們發現在1212系統中，對Pr的反鐵磁溫度而言，載子濃 度是一次要因素，但若 Ba 被 Sr 取代將造成反鐵磁溫度之劇烈變化。在Rietveld Refinement之研究中我們發現Sr之置換造成ｃ軸之縮短但Pr-O之距離反而增長。此 結果強烈地證明Pr之異常反鐵磁溫度及PrBa2Cu3O7之非超導性乃由Pr(4f)和O(2p) 之軌道雜化所造成。 另外在T1Ba2GdCu2O7上，由於Gd-Gd ion 之強烈偶極矩做用力，使得在這些兩層銅 氧面之超導相關材料中Gd之反鐵磁溫度不受結構或載子濃度之影響，這近乎不變之 Gd之反鐵磁溫度支持了Gd之反鐵磁機制來自於一個二維之高度異向性偶極矩做用力 ，另外比熱上在反鐵磁溫度下之肩型變化，乃由於強烈之自旋擾動所造成之低溫能 級分裂所致。