實驗動機

自 1986 年高溫超導體(high Tc

superconductor, HTSC)被發現以來，科學

界在高溫超導體上發現許多不同於傳統超導體之性質，其中微觀物理機制 及其正常態和超導態之性質、費米面之形狀及偽能隙(pseudogap)隨著載子 濃度變化之曲線，乃科學界中目前極力探索之研究方向。

D. C. Peets 等人於 2009 年發表的論文中[1]提出在分析高溫超導體的 近緣吸收光譜中，載子濃度處於 overdoped 區域的高溫超導樣品於 O K-edge XANES 光 譜 中 如 預 期 upper Hubbard Band 光 譜 權 重 逐 漸 變 小 ， 但 Zhang-Rice Band 的光譜權重增長卻不如理論預測，如圖 1-1 所示，虛線代 表為理論預測，但在載子濃度超過 0.21 後，實驗結果顯示 Zhang-Rice Band 光譜權重增長趨勢明顯小於理論值，並有飽合的趨勢，進而提出 single-band Hubbard model 不適用於描述高溫超導銅氧化物在 overdoped regime 中的情 形。此實驗結果帶來新的問題，是否有其他理論模型可以符合高溫超導銅 氧化物在 overdoped regime 的行為? 或是 Hubbard model 真的在 overdoped regime 中不適用嗎? 亦或實驗是正確的，那消失的電洞轉移到哪? 在 2010 年 Xin Wang 等人發表的研究[2]中認為 three-band Hubbard model 的預測也

依然無法符合於 D. C. Peets 等人的實驗結果。而 Liebsch 的理論計算[3,4]

提出目前並無充分證明 single-band Hubbard model 在 overdoped regime 中之 不適用。因此為了更明白 single-band Hubbard model 在 overdoped regime 中 是否適用，也為了更清楚與理論計算作比較，本論文探討並分析 underdoped 到 overdoped (p=0~0.23)區域載子濃度下電洞之分佈。

本論文以 D. C. Peets 等人所發表的研究為動機，探討在高溫超導銅氧 化物系統 Y

_1-x

Ca

x

Ba

2

Cu

3

O

y

(x=0、0.3、0.4，6.0≦y≦6.95)薄膜中，觀察費米 能階附近能帶之光譜權重的變化，與文獻的實驗結果做比較。

另 外 本 論 文 也 補 充 李 佩 茹 學 姐 論 文 [26] 中 缺 少 的 低 載 子 濃 度 YBa

₂

Cu

₃

O_y薄膜的銅氧平面費米能階(Fermi level；E_F)附近能帶之 O K-edge 光譜權重(spectral weight)，於偽能隙(Pseudogap)上下溫區是否有所差異，進 而檢證 Philip Phillips et al. (Phys. Rev. Lett. 99, 046404 (2007))所提出高溫超 導體中 Hidden charge 2e boson model 之新理論。

在實驗方法上，XANES ( x-ray absorption near edge structure )是分析材 料空軌域電子組態(電洞)上直接且強而有力的工具，可由 O K-edge 光譜中 的幾個特定能量上，了解在銅氧練、銅氧面及軸向氧上的載子分布情形，

故使用此方法對本論文議題作探討。

本篇論文架構安排如下：第一章為緒論；第二章為將對釔鋇銅氧化物 此材料作簡介；第三章為實驗方法；第四章為實驗結果與討論；第五章為

結論。

圖 1-1 為 Zhang-Rice Band 強度隨著載子濃度變化的趨勢圖，由圖可知在 p>0.21 後光譜 權重增長不如理論預期。[1]

圖 1-2 為 Wang 等人的理論計算[4]，在 p > 0.21 後 three band Hubbard model 模擬計算無 法符合 Peets 等人的實驗數據[2]。

圖 1-3 黑色實線為 Liebsch 的模擬數據[4]，有較符合樣品光譜權重增長的趨勢。

虛線為 Peets 等人的理論模型[1]。

圖 1-4 為 Hidden charge 2e boson model 之理論；T^*(1)、T^*(2)為不同預測之偽能隙，S_RT 為室溫 Zhang-Rice band（ZR）之光譜權重，SLT為低溫 ZR 之光譜權重。

在文檔中 以X光吸收光譜學檢驗Hubbard理論模型 (頁 12-16)