应用高分辨迁移率谱的方法分析铁基超导体的多带性

论文总字数：19140字

摘 要

依据磁测量得到的半导体材料的磁导率张量，用数值计算的方法获得载流子的迁移率与浓度的关系，即迁移率谱。迁移率谱的计算可以获得载流子的能带信息，因此具有重要的研究意义。计算迁移率谱的方法很多，“最大熵原理”计算的迁移率谱，具有分辨率高，容噪性强的优点，是目前最佳的计算方法。这种方法计算得到的迁移率谱是最接近实际的。高分辨率迁移率谱的方法对铁基超导体的多带性的研究提供了一个新的途径。本文主要就通过磁导率张量计算材料的迁移率谱的方法进行讨论，并运用计算机工具进行验证该方法的可行性。

关键词：多带效应，迁移率谱，最大熵原理，磁导率张量

APPLYING HIGH RESOLUTION MOBILITY SPECTRUM APPROACH TO ANALYSIS THE MULTI BAND OF Fe BASED SUPERCONDUCTOR

Abstract

Magnetic permeability tensor of semiconductor materials based on magnetic measurements ,using numerical calculation approach to get relationship between carrier mobility and concentration,i.e mobility spectrum.The calculation of mobility spectrum can obtain the energy band information of the carriers,so it has important research significance.There are a lot of methods to calculate mobility spectrum, mobility spectrum calculated by a “maximum entropy” has high resolution and a good tolerance of noise,It’s currently the best calculation method.The mobility spectrum obtained by this method is the most close to the actual.The high resolution mobility spectrum method provides a new way for the study of the multi band of the Fe based superconductors.In this paper, we mainly discuss the method of calculating the mobility spectrum of materials using permeability tensor, and use the computer tools to verify the feasibility of the method.

KEY WORDS:,multi band effect,mobility spectrum,maximum entropy principle,permeability tensor

目录

摘要 …………………………………………………………… 2

Abstract …………………………………………………………… 2

1. 绪论 ………………………………………………………4

1.1 引言 …………………………………………………………4

1.2 迁移率谱方法 ………………………………………………7

1.3 最大熵迁移率谱形式…………………………………………10

第二章 迁移率谱推导 ……………………………………………15

2.1 霍尔效应………………………………………………………15

2.2 迁移率谱理论推导……………………………………………17

1. 计算结果与分析 ……………………………………………20

3.1 编写程序 …………………………………………………20

3.2 数值计算 ……………………………………………………20

3.2.1 单峰函数 ………………………………………………20

3.2.2 双峰函数 ………………………………………………24 第四章 结论 ………………………………………………………31

致谢 ………………………………………………………………31

参考文献（References） ………………………………………………31

第一章 绪论

1.1 引言

最近发现的铁基超导体（IBSs）具有超导转变温度tc高于55 K是继铜氧化物超导体之后发现的另一种高温超导体（HTSs）[1，2] 。虽然IBSs与铜氧化物超导体有某些相似的性质，如层状结构，非常高的上限临界场，并掺杂相图有一些相似之处，两个族之间存在着重要的区别。铜酸盐掺杂Mott绝缘体具有很强的相关性和单波段的行为，而IBSs与多频带电子结构的金属[2]相似 。不连接费米表面的存在与电子和空穴特性，旋转或轨道的波动被认为是高的超导转变温度Tc的原因基于s±[3]或s [4]情形。电子和空穴带之间的嵌套应该是与铁基超导体中较高超导转变温度Tc的原因基于s±情形的配对。这种多带特性也影响IBSS的正常状态输运性质。强温度依赖性霍尔系数，大的磁阻（MR），和电阻率的线性温度依赖性被观测到，特别是在铁磷[5-8]。此外，狄拉克锥状态，从自旋密度波的间隙（SDW）在不同波段复杂区域的折叠，在Ba/SrFe2As2和La/PrFeAsO中观测到 [9-13]。虽然狄拉克锥状态的重量小，它可以支配的运输性能，因为它非常高的迁移率。结果，一个大的以及温度线性相关的MR被观测到。

在IBSs体系中铁硫系Fe1 yTe1-xSex由于其简单的结构吸引了极大的注意力，这就是方便探针的超导机制。另外其毒性小自然有利于铁基超导体的实际应用。能带结构计算和角分辨光电子能谱（ARPES）证明了Fe(Te/Se)中的多带结构[14-16]，这是由Γ点周围空穴带和M点周围电子带所表征，类似于铁基超导体。然而，运输的功能，是一个多波段的结构特征，如大磁电阻，还没有任何报道。相反，一个非常小的有时甚至是负的MR，在以前的报告中观察到[17，18] 。这个意外的输运性质可能来自Fe的非理想配比性[19，20] ,这来源于部分占用多余的铁的间隙位置在TeSe层。多余的铁是强磁性的，它提供与相邻的铁层相互作用的局域磁矩[21] 。在母体化合物Fe1 yTe，长程（π，0）序可以调整从相称的不相称的过量的Fe含量变化[19] 。在Se参杂超导Fe1 yTe1-xSex中，中子散射测量显示过量的铁包含一种像弗里德尔这样的磁振荡在（π，0）序列衍射涉及50多个相邻的铁[22]。多余铁的磁力矩也将使电荷载体局域化，影响正常状态的传输特性[23，24] 。因此，高质量的运输测量Fe1 yTe1-xSex单晶没有多余的铁的影响是揭示铁硫化物的固有性质至关重要的一点，这也有助于理解的IBSs的能带结构和配对机制。

霍尔系数RH能够简单的从RH=ρyx/μ0H.在完全退火晶体低温度的非线性ρyx,RH可以在小场条件下从线性部分很好的计算出。当温度大于100K时RH基本上是与温度不相关，保持着一个常量～1×10^-9m3/C对所有的三个样品。当温度降低到100以下时，观察到RH明显的发散。在生长的晶体中，RH逐渐随着温度的增长而增加，显示在较低的温度下明显好转。这是在好转一半抑制退火晶体，这里的RH随温度的降低而略有增加。在完全退火晶体，RH在60K以上表现出与温度完全无关，其次是突然下降，并最终改变符号从正面到负面的前接近Tc。霍尔系数的符号逆转通常是由于多带结构，显示在电荷载体中电子的主导地位在Fe1 yTe1-xSex中超导电性出现之前。

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