基于同步辐射实验方法的低维系统物理性质研究

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1、摘要本论文介绍了我利用基于同步辐射的非弹性X光散射和角分辨光电子谱实验方法研究低维物理系统的一些工作。非弹性X光散射和角分辨光电子谱技术是两个互补的技术，非弹性X光散射探测的是电荷密度关联函数．告诉我们系统电子激发的信息；而角分辨光电子谱测到的是单粒子谱函数，告诉我们电子结构信息。依照维度的顺序，从低到高，本论文先从近似零维的有机小分子开始，而后是准一维的无机Mott绝缘体和有机链状导体，最后介绍我的关于准二维的高温超导体Bi2201系统的工作。我们首次将非弹性x光散射技术(IXS)运用于研究有机系统。证明了非弹性x光散射对有机系统是可见的。对于有机光学材料中的激子研究，之前电

2、子能量损失谱(EELS)已有一些工作，这些T作得到了对于共轭有机分子来说，激子尺寸是分子尺寸而和分子具体结构无关的结论。但是对于EEl，S的数据解释，一直以来都存在争议。我们的工作提出了一个实验上的反例证明了之前对于EELS结果的解释是错误的。并且结合ZINI)O／SCI的量子化学计算方法，我们发现对于Py-SO这样的有机复杂小分子系统，最低能量的激予尺度仅局限于一个分子中小的区域。推翻了之前EELS得到的结论。我们还观察到了最低能量激子的有限色散，约为130meV。说明分子问的作用在该系统中并不能完全忽略。我们的结果对于光学功能材料的设计有着指导意义，尤其是那些基于激子的转移

3、和运动的材料。在成功将Ixs应用于有机系统后，我们进一步研究了C60单晶系统。并得到了很漂亮的实验结果。对不同方向的能量损失谱比较，发现结果完全致，说明我们得到的是C60分子中激发的信息，分子间的作用很弱。进一步的分析正在进行中。对于一维系统的研究，我主要利用共振x光非弹性散射研究r无机Mott绝缘体Sr：CuO。系统和利用角分辨光电子谱研究了有机导体TTF—TCNQ系统。对于一维的量子自旋系统蹶勖Q的研究。和以前的工作不同，这个工作的实验是在cu的1S到3d吸收边作的，得到和Cu3d轨道相关的电子激发的更直接的信息。能量损失谱显示系统能量最低的激发约在2．OeV，比在ls到4

4、p边得到的最低峰能量小了约0．6eV。且实验观察到的该特征峰的色散约有0．2eV，周期为n。这和在ls到4p观察到的结果都不一样，和光学测繁结果比较，我们认为这个低能激发应该是d-d间的激发。摘要对于一维有机链状导体TTF-TCNQ，通过对角分辨光电子谱结果的细致研究，我们发现存在一些反常的奇怪现象。我们观察到了约lOOmeV的赝能隙存在，而且谱中有很宽的“准粒子”峰线型。另外，散射率和能量身勺关系表现出了类似费米液体的二次型行为，而且电阻率的测量也有类似现象。我们的工作，为理论提出了新的问题。对于铜氧化物超导体的研究，之前主要集中在欠掺杂区。而对过掺杂区，特别是超过掺杂区的研

5、究较少。而要对高温超导机理有全面理解，对超过掺杂区的了解也是比不可少的。本工作利用角分辨光电子谱(ARPES)对单层的高温超导体Bi2201系统过掺杂，特别是超过掺杂区作了系统研究。超过掺杂区样品掺杂程度到超导消失。我们的得到的结果显示电一声相互作用对于节点方向的准粒子行为是占主导地位的。而在反节点区域，磁涨落的影响起了关键作用。我们的发现为目前存在的争论提供了又一个新的实验证据。另外，尽管在高掺杂的地方伴随着超导电性的逐渐消失，长程的磁涨落消失了。但是我们发现短程的磁涨落依然决定了准粒了的色散，这个区域的关联依然很强。而且，我们发现对于整个过掺杂区t系统依然表现“奇异金属”性

6、质，而不像之前认为的那样，是“正常金属”。卜．述实验结果表唰氐维体系中存在着很多有趣的物理现象和未解决的关键问题。通过相关同步辐射技术的有效研究，我们能够在微观机理层面推进对它们的理解。同时在解决旧问题的同时，往往也会进一步提出新的更深入的问题。AbstnlclAbstractInthisthesis，Ihaveinvestigatedthefundamentalphysicalpropertiesofseverallowdimensionalsystemsbyusinginelasticx-raysacattering(IXS)andangleresovledphotoemi

7、ssionspectroscopy(ARPES)techniques．Accordingtothedimensionality，1willfirstintroducetheworksaboutthesmallorganicmolecularsystemwhichcanbeconsiderdaszerodimensionalsystem，andthen1wi1talkaboutonedimensionalsystem—inorganicchainSr2Cu03andorgnicchainTTF