复杂氧化物表面晶格与电子结构及其相互作用的研究

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1、作者姓名：指导教师：学位类别：学科专业：培养单位：密级中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences博士学位论文复塞氢丝塑麦直晶搐皇皇王结掏厘甚担亘佳用鳆硒殛苴鏖挂郭建丕盟基茧主国挝堂睦物堡班噩噩型堂蝗±拯塞銮翅理生国型坐医物理受塞压2012年11月坠坠堕YQ!!垒!!i竺壁垒望堕皇!曼竺!!Q望i竺墨!!坚￡!丛!竺璺垒堕堕!h壁i!ByYanWelLa0IT●J1ADissertationSubmittedtoGraduateUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentofthere

2、quirementForthedegreeofDoctorofScienceBeijingNationalLaboratoryforCondensedMatterPhysicsInstituteofPhysics，ChineseAcademyofSciencesNovember,2012摘要复杂过渡金属氧化物(TMOs)存在晶格、电荷、自旋、轨道等多种自由度及其相互作用，产生一系列低能激发态或相互竞争的基态，对掺杂、结构、外场、应力等参量的变化敏感。低能激发态往往表现出复杂的准粒子结构，存在准电子、声子、磁振子、等离激元等多种元激发及其相互作用，外界参量的微小变化会改变这些相互作用，引起系统性

3、质的巨大差异。因此，TMOs往往表现出非常规的电子态和复杂的相图，有着丰富的物理性质和新奇的量子现象。而TM0s在低维体系中，由于对称性的破缺、空间的限制效应和维度的降低，可能会表现出更为奇异的性质。本论文主要以复杂过渡金属氧化物中的两种典型材料(钛酸锶和高温超导铜氧化物Bi2Sr2CaCu208+6，Bi2212)为例，研究了这两种材料表面的晶格与电子结构及其相互作用，具体分为以下三部分：第一部分主要研究了SrTi03(110)表面不同重构的电子结构和晶格结构。在SrTi03(110)单晶表面，通过不同剂量的Ar+离子溅射配合超高真空退火的方法，我们制备了不同的单相的表面重构。俄歇电子能谱(

4、AES)的结果表明正是表面成分化学计量比的变化(如Ti含量的比重增加)，引起了表面重构从(4x1)，到(2x8)，再到新结构(1X10)之间的演化。另一方面，随着表面Ti含量的增加，重构表面的金属性也在增强，并伴随着由于Tia+的增多而引起能隙态(一1eV)，这可分别由电子能量损失谱(ELS)中所显示的逐渐增强的Drude谱重以及光电子能谱fUPS)观察到的费米面以下,-oleV左右的能隙态体现。我们也通过测量高分辨电子能量损失谱(HREELS)来表征晶格振动、原子问化学键的信息。综合分析SrTi03(110)表面化学组分、电子结构和晶格振动的性质，表明通过简单的处理在SrTi03(110)表

5、面可以形成TiOz／SrTi03异质界面。同时我们也注意到，具有峰谷起伏结构的TiOz可以在SrTi03(001)表面上形成，这与我们在(1X10)表面上观察到的结果一致。这表明该异质界面具有很大的表面积并具有特殊的电子结构，预示着其在可见光催化方面可能有很大的应用。第二部分主要分析了晶格与电子结构相互作用的动态过程，以电子一声子相互作用为研究对象，提出了一种普适的方法全面解析这种动态过程。复杂氧化物表面晶格与电子结构及其相互作用的研究我们提出并证实了一种普适的全面解析电子一声子相互作用的方法。从实验测量得到声子谱线宽展宽出发，结合己知的材料的电子结构，可以求得电声子耦合矩阵元19(k，忌7)

6、120联合声子结构、耦合强度和电子结构的信息，便可得到包含有对称性信息的电声子耦合谱函数f(k，尼，)o通过该方法可得到电子一声子相互作用对电子库伯对的形成(具有不同对称。H-)所起的贡献，以及所引起的电子的散射过程、电子的自能及质量增强因子等。首先，以铜氧化物高温超导体Bi2212(T。=91K)中铜氧半八面体的顶点氧原子的A，。振动模为例，我们得到了具有各向同性特征的电声子耦合矩阵元lg(q)12的三维形貌图，分析了电子在该声子作用下的散射过程，得到了动量分辨的EliashbergfunctionQ2F(u，尼)及该声子模引起的电子自能的实部和虚部，更进一步，我们首次在实验上发现Q2Fd．

7、，，(u)可以为负值，这表明该声子模对dx2_：u2-wave库伯对的形成可能起压制作用，不利于超导的形成。其次，我们也使用该方法分析了电荷密度波材料2H—NbSe2中的Kohn异常，指出了该异常起源的可能性。从Lindhard函数的实部可以看出，电子结构的费米面嵌套对Kohn异常的贡献很小，反而是电声子耦合矩阵元lg(q)12的形貌表现为很强的异常，这表明2H—NbSe2材料中某些声子模所具有的