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系統識別號 U0002-1507200817094400
中文論文名稱 過渡金屬氧化物La5/3Sr1/3NiO4調制結構的X-ray散射研究
英文論文名稱 Study of the charge stripes in transition metal oxide La5/3Sr1/3NiO4 using X-ray scattering
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 物理學系碩士班
系所名稱(英) Department of Physics
學年度 96
學期 2
出版年 97
研究生中文姓名 姚昌宏
研究生英文姓名 Chang-Hung Yao
學號 694180141
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2008-06-25
論文頁數 71頁
口試委員 指導教授-杜昭宏
委員-陳正弦
委員-林大欽
中文關鍵字 X光散射  調制結構  電荷條紋 
英文關鍵字 X-ray scattering  charge stripes  modulation 
學科別分類 學科別自然科學物理
中文摘要 自從高溫超導La2-xSrxCuO4 (LSC)和La2-xBaxCuO4 (LBC)被發現後,高溫超導的機制一直是科學家廣為研究的課題。La2NiO4(LSN)與高溫的銅氧化物 La2-xSrxCuO4(LSC)及 La2-xBaxCuO4(LBC)為異質同構物。在LSC中藉由電洞載子的摻雜為超導材料並且超導相變溫度在Tsc= 35 K,但在異質同構物中,發現LSN摻雜高達至百分之七十的Sr時還是莫特絕緣體。此為材料中電子與聲子提供了強作用力影響所至。對於莫特絕緣體中的絕緣特性而言,這些行為產生的原因,確實是由於電子與聲子的交互作用所致。

從La2NiO4摻雜電洞的典型系統中,了解到化合物LSC、LBC相變的過程。我們利用高解析度的X光散射研究在低溫底下摻雜電洞的La2NiO4中電荷密度波所導致的調制結構,證明調制結構形成過程中擁有二維的系統和準長程有序的系統特性以及可能形成在相變溫度附近的電荷凝態狀態。
英文摘要 Strontium-doped La2NiO4 (LSN) is isostructural with the high-TC cuprates, La2-xSrxCuO4 (LSC) and La2-xBaxCuO4 (LBC). With substitution of 15% Sr, LSC shows a superconducting transition at TSC=35 K, but LSN remains insulating at doping levels up to 70%. It has been suggested that stronger electron-phonon interactions in LSN are responsible for this behavior as it was recognized that electron-phonon interactions are critical for the persistent insulating character of the Mott insulator. Therefore the hole-doped La2NiO4 can serve on a prototypical system for the understanding of transport phenomena observed in compounds of LSC or LBC. Using high-resolution x-ray scattering, we investigated the modulations due to the hole-doped in La2NiO4, and demonstrated that the modulation possesses the characteristic of two-dimension in nature and quasi-long range order at low temperature and suggested the possible existence of charge liquid state around the transition temperature.
論文目次 目錄
1. 緒論 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2.電荷密度波(Charge Density Wave)簡介 . . . .3
2.1 電荷密度波 (Charge Density Wave) . . . . . . . .3
2.2 一維電子氣體(One-Dimensional Electron Gas) . . .4
2.3 一維電子氣體介電方程式. . . . . . . . . . . . . 5
2.4 派耳相變Peirels Transition. . . . . . . . . . . 10
3. X-ray繞射理論及晶格介紹. . . . . . . . . . . . . . . .14
3.1 X-Ray 基本繞射理論. . . . . . . . . . . . . . .14
3.1.1 Bragg equation. . . . . . . . . . . . . . .14
3.1.2 Laue Method. . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.2 基礎結晶學. . . . . . . . . . . . . . . . . . .23
4. 樣品介紹及實驗方法. . . . . . . . . .. . . . . . . .26
4.1 樣品介紹. . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..26
4.1.1 樣品的製程. . . . . . . . . . . . . . . 26
4.1.2 樣品的結構. . . . . . . . . . . . . . . 30
4.1.3 樣品的特性. . . . . . . . . . . . . . .32
4.2 實驗儀器簡介. . . . . . . . . . . . . . . . . .36
4.3 實驗方法與步驟. . . . . . . . . . . . . . . . .46
5. 實驗結果與分析. . . . . . . . . . . .. . . . . . . .49
5.1 實驗數據. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
5.2 數據分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63
6. 結論. . . . . . . . . . . . . . . . . . .68
圖目錄
2.1 在T=0時,自由電子在不同維度下的Lindhard response function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
2.2 展示一維準一維及二維系統的拓樸圖 . . . . . . . . . . . .9
2.3 Peirels distortion. . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
3.1 X-Ray入射晶體示意圖. . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.2 X-Ray入射晶體示意圖,當 n=1時的情況. . . . . . . . . 17
3.3 Transmission Laue camera. . . . . . . . . . . . . . ..19
3.4 Back-reflection Laue camera. . . . . . . . . . . . . .19
3.5 展示背向反射勞厄繞射點位置. . . . . . . . . . . . . . .22
3.6 晶面的米勒指標. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.1 floating-zone technique的長晶爐. . . . . . . . . . . .28
4.2 本次實驗的樣品La5/3Sr1/3NiO4. . . . . . . . . . . . . . . . .29
4.3 La5/3Sr1/3NiO4 使用floating-zone technique . . . . . . .30
4.4 最小的單位晶胞. . . . . . . . . . . . . . .31
4.5 擁有 perovskite 結構. . . . . . . . . . . .32
4.6 La5/3Sr1/3NiO4 電荷密度波及自旋密度波的反射面在倒晶格空間中的位置。. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33
4.7 La5/3Sr1/3NiO4 在溫度變化下a-b平面上電荷自旋方向的變化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34
4.8 光束線前段示意圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
4.9 光束線後段示意圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
4.10 六環繞射儀. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39
4.11 六環繞射儀加上分光儀. . . . . . . . . . . . . . . . .40
4.12 cryogenic station 結構圖. . . . . . . . . . . . . . .40
4.13 Lake Shore 330. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41
4.14 真空系統. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41
4.15 source meter(KEITHLEY 6430). . . . . . . . . . . . ..43
4.16 source meter (KEITHLEY 6430) introduction. . . . . . .43
4.17 E.D.R detector. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
4.18 加分光儀與無分光儀比較圖 . . . . . . . . . . . . . . .48
5.1 La5/3Sr1/3NiO4在溫度變化下,沿著倒晶格空間三個方向下觀察電荷密度波條紋反射面 (4.66 0 3) q-scan兩光繞射峰強度的資訊. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..50
5.2 La5/3Sr1/3NiO4在溫度變化下,沿著倒晶格空間三個方向下觀察電荷密度波條紋反射面 (4.66 0 3) q-scan兩光繞射峰半高
(F.W.H.M.)的資訊. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51
5.3 利用Power Law 中涵數特性去模擬 La5/3Sr1/3NiO4 在溫度變化下,沿著倒晶格空間三個方向下觀察電荷密度波條紋反射面 (4.66 0 3) q-scan兩光繞射峰強度的資訊. . . . . .. . . . .52
5.4 用Power Law 中涵數特性去模擬 La5/3Sr1/3NiO4 在溫度變化下,沿著倒晶格空間三個方向下觀察電荷密度波條紋反射面(4.66 0 3) q-scan兩光繞射峰inverse correlation lengths的資訊. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
5.5 La5/3Sr1/3NiO4在溫度變化下,沿著倒晶格空間三個方向下觀察電荷密度波條紋反射面 (4.66 0 3) 關聯長度的資訊. . . .56
5.6 La5/3Sr1/3NiO4 在溫度點T = 201 K、T = 232 K、T = 240 K下,沿著倒晶格空間H、K方向下觀察電荷密度波條紋反射面 (4.66 0 3) q-scan兩光繞射峰的資訊 . . . . . . . . . . . .58
5.7 La5/3Sr1/3NiO4 在溫度點T = 201 K、T = 232 K、T = 240 K下,沿著倒晶格空間H、L方向下觀察電荷密度波條紋反射面 (4.66 0 3) q-scan兩光繞射峰的訊. . . . . . . . . . . .59
5.8 La5/3Sr1/3NiO4 在隨著溫度變化在沿著垂直與平行C軸,做電性的量測. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60
5.9 La5/3Sr1/3NiO4 在隨著溫度變化在沿著三個軸,外加一個電場,觀察強度的變化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61
5.10 La5/3Sr1/3NiO4 在隨著溫度變化在沿著三個軸,外加一個電場, 觀察半高寬的變化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..62
5.11 T = 180 K 利用bragg peak (4 0 0) resolution function 來Fit出 charge density wave (4.66 0 3)的半高寬及強度. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67
表圖目錄

3.1 七大晶系的參數表. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24

4.1 長晶爐零件說明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28

5.1 利用Power low 公式fit 強度的結果. . . . . . . . . . . . .53
5.2 利用Power low 公式fit的inverse correlation lengths結果. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55
5.3 在臨界溫度附近,電荷密度波條紋反射面 (4.66 0 3)倒晶格空 間三個方向下,每個溫度點之關聯長度. . . . . . . . . . . . .57
5.4 各種臨界現象的模型參數. . . .. . . . . . . . . . . . . .65

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