高温超导相图的理论研究

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1、NanjingUniversityDissertationforDoctorofPhilosophyTheoreticalinvestigationofphasediagramofHigh-TcsuperconductorsbyXiang-MeiHeSupervisor：Prof．Qiang-HuaWangDepartmentofPhysics，NanjingUniversityMay，2009南京大学博士学位论文嶝删南京大学研究生毕业论文中文摘要首页用纸毕业论文题目：高温超导相图的理论研究理论物理专业2005级博士生姓名：何祥美指导教师(姓名、职称)：王强华教授

2、摘要高温超导体是一种典型的强关联电子系统，其特性主要体现在高温超导相图上。基于对正常态赝能隙形成机制的理解，目前存在两种截然不同的观点，llpRVB理论和竞争序理论。本文分别对两种理论下的高温超导相图进行了研究：在RVB理论下，我们发展了有限温度下的Gutzwiller搜：影变分方法及其重整化平均场理论，其中我们引入了投影熵的概念，它对模型中的有限温行为起到了重要作用；在竞争序理论下，我们用一个微观的有效平均场理论来研究DDW序与超导序的共存和竞争，得到单层体系和双层体系的相图，并研究了超导转变温度Crc)与单胞内铜氧面层数㈤的函数变化关系Tc(N)。第一章简要回

3、顾了超导研究的发展历史，然后介绍了铜氧化物高温超导材料的化学结构和相图，并对它们的基本特征作了简要概述。高温超导材料化学结构复杂，理论处理上十分困难，本章最后还介绍了处理强关联体系的几个常用的基本模型。第二章通过Gu伽i11er投影和Gutzwiller近似方法，发展了强关联电子系统的有限温重整化平均场理论，得到了投影熵(投影所产生的熵)的具体表达式。一方面研究了半满Hubbard模型在有限温情况下的金属一绝缘体转变行为，此时投影熵对绘制有限温相图起到了重要作用。另一方面研究了“模型中高温超导体的相图以及超流密度对温度和掺杂浓度的依赖关系，并且计算结果定性的与实验

4、现象一致。第三章用一个微观的有效平均场理论来研究高温超导体中超导序南京大学博士学位论文2与DDW序的共存与竞争，以及多层体系的层间隧道效应。得到单层体系和双层体系的理论相图，并解释了在最佳掺杂附近赝能隙转变温度远高于其相应能量标度这样一个颇具疑惑的实验事实。对于多层体系，研究了超导转变温度(Tc)与单胞内铜氧面层数(N)的变化关系Tc(N)。我们计算得到的Tc(N)在最佳掺杂区为先上升后下降，且在N=3时达到最大，同已有的实验事实相符。Tc(N)的非单调性这是由竞争序、电荷的重新分布以及层间隧道效应三方面的原因共同导致的。然而，Tc(N)的下降并不如实验上那么明显

5、。在极度欠掺杂区和极度过掺杂区为单调上升，但由于缺乏相关的实验数据，这里仅作为理论上的一个预言。最后我们对本文的主要工作做了总结和展望。关键词：高温超导，相图，Gutzwiller投影，重整化平均场理论，金属绝缘体转变，DDW序南京大学博士学位论文3南京大学研究生毕业论文英文摘要首页用纸THESIS：TheoreticalinvestigationofphasediagramofHigh一瓦superconductorsSPECIALIZATION：TheoreticalPhysicsPOSTGRADUATE：Xiang-MeiHeMENTOR：Prof．Qian

6、g—HuaWangAbstractHightemperaturesuperconductorsaretypicalstronglycorrelatedelectronsys—temswhosecharacteristicsaremainlyreflectedbytheirphasediagrams．Basedontheirviewpointsonwhetherthepseudogapisindependentofthepairinggap，thereexisttwodistinctlydifferentscenarios，namelyRVBscenarioandc

7、ompet-ingorderscenario．Inthispaper,weinvestigatethecorrespondingphasediagramsofthesetwoscenarios．IntheRVBscenario，wegeneralizetheGutmadllerpro—jectionalvariationalmethodforthegroundstateforstronglycorrelatedelectronsystemstothecaseoffinitetemperature．UndertheGutzwillerapproximation，we

8、showt