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Electron Localization in La_{2-x}Sr_xCuO_4 and the Role of Stripes

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arXiv:cond-mat/0408627v1 [cond-mat.supr-con] 28 Aug 2004ElectronLocalizationinLa2−xSrxCuO4andtheRoleofStripes

SeikiKomiya∗andYoichiAndo†

CentralResearchInstituteofElectricPowerIndustry,Komae,Tokyo201-8511,Japan

(Dated:February2,2008)

Thenormal-statein-planeresistivity(ρab)ismeasuredinlightlyZn-dopedLa2−xSrxCuO4(LSCO)

crystalswith0.06≤x≤0.17tosystematicallystudythelocalizationbehavior.Itisfoundthat

thelocalizationtemperature,Tloc,whereρab(T)turnsfrommetallic(dρab/dT>0)toinsulating

(dρab/dT<0),showsananomalousenhancementatx=0.12.Intriguingly,thedopingdependence

ofTlocinZn-dopedLSCOisfoundtobesimilartothatofZn-freeLSCOwheresuperconductivity

issuppressedbyahighmagneticfield.Thissuggeststhatthemechanismofthelocalizationisthe

sameinlightlyZn-dopedLSCOandinZn-freeLSCOundermagneticfield,andinbothcasesitis

probablycausedbythefreezingoftheelectronsintoaninhomogeneousstate,whichleadstothe

spinstripesatlowtemperatures.

PACSnumbers:74.25.Fy,74.25.Dw,74.72.Dn,74.20.Mn

InunderdopedLa2−xSrxCuO4(LSCO)superconduc-

tors,itisknownthatthetemperaturedependenceofthe

in-planeresistivityρab(T)becomesinsulatingatlowtem-

peratureswhenthesuperconductivityissuppressedby

ahighmagneticfield,1andthatthemetal-to-insulator

crossoverinthenormalstatetakesplaceatoptimum

doping.2Sinceitisunusualtohaveaninsulatingnor-

malstateinasuperconductor,itwouldbeofimpor-

tancetounderstandtheoriginofthispeculiarlocal-

izationinunderdopedLSCO.Ontheotherhand,itis

alsoknownthatametallictransport(dρab/dT>0)is

realizedinLSCOwithonly1%-Srdopingatmoderate

temperatures.3Thesetwopeculiaritiesmakeasystem-

aticstudyofthelocalizationbehavior,thetransition

fromhightemperaturemetallicρabtolowtemperature

insulatingρab,particularlymeaningfulinextendingour

knowledgeontheelectronicstateofunderdopedLSCO.

Sincethelocalizationbehaviorwasstudiedbythemea-

surementsinpulsedhighmagneticfieldonlyforafewx

values,2itisthepurposeofthepresentworktostudythe

xdependenceinmoredetailtounderstandthemecha-

nismofthelocalization.

AnotherpeculiarfeatureinunderdopedLSCOisthe

staticspinstripeswhichdevelopatlowtemperaturesand

areobservedbyelasticneutronscatteringexperiments.4,5

However,thereisstillnodirectevidenceforthepres-

enceofchargestripesinLSCO,althoughexperimen-

talresultsthatindirectlyindicatesomechargeinho-

mogeneityareaccumulating.6,7,8,9Theoretically,various

formsofchargeinhomogeneity(orchargeorder)have

beenproposedtoexistincuprates.10,11,12,13,14,15,16,17,18

Ifthechargeinhomogeneityindeedexistsinunderdoped

LSCO,thelocalizationphenomenamightbeassociated

withachangeinthechargedynamicsduetothefor-

mationofsuchastructure,asisthecasewiththe

Nd-dopedLSCOwherestaticchargestripesareknown

tobestabilizedandlocalizationtakesplacebelowthe

temperatureoflow-temperature-orthorhombic(LTO)to

thelow-temperature-tetragonal(LTT)structuralphase

transition.19,20,21

Inthiswork,wesystematicallystudythelocalizationTABLEI:ResultsoftheICP-AESanalysesforgrown

La2−xSrxCu1−yZnyO4singlecrystals.y=0.02foreachsam-

pleinnominalcomposition.

nominalx0.060.080.100.120.150.172

eachedgeparalleltothecrystallographicaxiswithinan

errorof1◦usingx-rayLauetechnique.Typicalsample

sizeis2.0×0.5×0.15mm3,wherethec-axisisper-

pendiculartotheplatelets.Thesamplesareannealedat

800◦Cfor40hoursinair,followedbyrapidquenching

toroomtemperature,toremoveoxygendefectsinthe

as-growncrystals.Thetemperaturedependenceofρabis

measuredusingastandardacfour-probemethodunder

dcmagneticfieldparalleltothec-axisupto18Tinthe

temperaturerangefrom3.2Kto300K.

Figure1showsthetemperaturedependenceofρabin

zeroand18-Tfieldswiththeverticalaxisinlogarith-

micscale.Inzerofield,exceptforthex=0.12sample

(onwhichweelaboratelater),thebehaviorofρab(T)

atmoderatetemperaturesdoesnotqualitativelychange

withx,whichisthesameasthebehaviorofZn-free

LSCOcrystals.3Insampleswithx≤0.10,supercon-

ductivityissuppressedcompletelywith2%-Znsubstitu-

tionandρab(T)becomesinsulatingatlowtemperatures,

whichisalsosimilartothebehaviorofZn-freeunder-

dopedLSCOwhensuperconductivityissuppressedby

pulsedhighmagneticfield.1

Inordertoadditionallysuppresssuperconductivity,

18-Tmagneticfieldisappliedalongthec-axis.Insam-

pleswithx≤0.10,nosignificantchangeisobservedupon

applying18-Tmagneticfield.Inthex=0.12sample,

superconductivityisalmostcompletelysuppressedunder

the18-Tmagneticfieldandρab(T)showsaninsulating

behaviordowntolowtemperatures.Insampleswith

0.11

0100200300ρab (mΩcm)

T (K)x=0.06

x=0.08

x=0.10

x=0.12

x=0.15

x=0.17La2-xSrxCu0.98Zn0.02O4

02040600.160.18

ρab(mΩ cm)

T (K)x = 0.15 H = 18 T

(kFl = 10)

FIG.1:Temperaturedependencesofρabfor2%-Zn-doped

LSCOsinglecrystalswithx=0.06–0.17.Solidlinesand

dottedlinesrepresentthedatainzerofieldandin18-Tfield,

respectively.Inset:Enlargedviewofthedataforthex=0.15

samplein18-T

field.00.51

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材料物理性能课后习题答案 北航出版社 田莳主编

材料物理性能课后习题答案 北航出版社 田莳主编

材料物理习题集

第一章 固体中电子能量结构和状态（量子力学基

础）

1. 一电子通过5400V电位差的电场，（1）计算它的德布罗意波长；（2）计算它的波数；（3）计算它对Ni晶体（111）面（面间距d=2.04×10-10m）的布拉格衍射角。（P5）2. 有两种原子，基态电子壳层是这样填充的，请分别写出n=3的所有电子的四个量子数的可能组态。（非书上内容）

3. 如电子占据某一能级的几率是1/4，另一能级被占据的几率为3/4，分别计算两个能级的能量比费米能级高出多少kT？（P15）

4. 已知Cu的密度为8.5×103kg/m3，计算其（P16）5. 计算Na在0K时自由电子的平均动能。（Na的摩尔质量M=22.99，）（P16）6. 若自由电子矢量K满足以为晶格周期性边界条件和定态薛定谔方程。试证明下式成立：eiKL=1

7.

8. 试用布拉格反射定律说明晶体电子能谱中禁带产生的原因。（P20）9. 试用晶体能带理论说明元素的导体、半导体、绝缘体的导电性质。答： （画出典型的能带结构图，然后分别说明） 10. 过渡族金属物理性质的特殊性与电子能带结构有何联系？（P28）答：过渡族金属的d带不满，且能级低而密，可容纳较多的电子，夺取较高的s带中的电子，降低费米能级。

补充习题

1. 为什么镜子颠倒了左右而没有颠倒上下？

2. 只考虑牛顿力学，试计算在不损害人体安全的情况下，加速

到光速需要多少时间？

3. 已知下列条件，试计算空间两个电子的电斥力和万有引力的

比值

4. 画出原子间引力、斥力、能量随原子间距变化的关系图。

5. 面心立方晶体，晶格常数a=0.5nm，求其原子体密度。

6. 简单立方的原子体密度是。假定原子是钢球并与最近的相邻

原子相切。确定晶格常数和原子半径。第二章 材料的电性能

1. 铂线300K时电阻率为1×10-7Ω·m，假设铂线成分为理想纯。试求1000K时的电阻率。（P38）

2. 镍铬丝电阻率（300K）为1×10-6Ω·m，加热到4000K时电阻率增加5%，假定在此温度区间内马西森定则成立。试计算由于晶格缺陷和杂质引起的电阻率。（P38）

PZT的半导体特性

PZT的半导体特性

BandstructuresandbandoffsetsofhighKdielectricsonSi

J.Robertson*EngineeringDepartment,CambridgeUniversity,TrumpingtonStreet,CambridgeCB21PZ,UK

AbstractVarioushighdielectricconstantoxideswillbeusedasinsulatorinferroelectricmemories,dynamicrandomaccessmemories,andasthegatedielectricmaterialinfuturecomplementarymetaloxidesemiconductor(CMOS)technology.TheseoxideswhichhavemoderatelywidebandgapsprovideagoodtestofourunderstandingofSchottkybarrierheightsandbandoffsetsatsemiconductorinterfaces.Metalinducedgapstates(MIGS)2O3,Y2O3,ZrO2,HfO2,Al2O3andsilicateslikeZrSiO4haveoffsetsover1.4eVforbothelectronsandholes,makingthembettergatedielectrics.#2002ElsevierScienceB.V.Allrightsreserved.Keywords:Bandstructures;Bandoffsets;Dielectricconstantoxides

SrVO3 Hubbard band 和 氧空位

SrVO3 Hubbard band 和 氧空位

PHYSICALREVIEWB94,241110(R)(2016)

HubbardbandversusoxygenvacancystatesinthecorrelatedelectronmetalSrVO3

S.Backes,1T.C.R¨odel,2,3F.Fortuna,2E.Frantzeskakis,2P.LeF`evre,3F.Bertran,3M.Kobayashi,4R.Yukawa,4

T.Mitsuhashi,4M.Kitamura,4K.Horiba,4H.Kumigashira,4R.Saint-Martin,5A.Fouchet,6B.Berini,6Y.Dumont,6

A.J.Kim,1F.Lechermann,7,8H.O.Jeschke,1M.J.Rozenberg,9R.Valent´ı,1,*andA.F.Santander-Syro2,†

1Institutf¨urTheoretischePhysik,Goethe-Universit¨atFrankfurt,Max-von-Laue-Strasse1,60438FrankfurtamMain,Germany2CSNSM,Univ.Paris-Sud,CNRS/IN2P3,Universit´eParis-Saclay,91405OrsayCedex,France3SynchrotronSOLEIL,L’OrmedesMerisiers,Saint-Aubin-BP48,91192Gif-sur-Yvette,France4PhotonFactory,InstituteofMaterialsStructureScience,HighEnergyAcceleratorResearchOrganization(KEK),

1-1Oho,Tsukuba305-0801,Japan5SP2M-ICMMO-UMR-CNRS8182Universit´eParis-Sud,Universit´eParis-Saclay,91405OrsayCedex,France6GEMaC,Universit´edeVersaillesSt.QuentinenY.-CNRS,Universit´eParis-Saclay,Versailles,France7Institutf¨urTheoretischePhysik,Universit¨atHamburg,Jungiusstrasse9,20355Hamburg,Germany8Institutf¨urKeramischeHochleistungswerkstoffe,TUHamburg-Harburg,D-21073Hamburg,Germany9LaboratoiredePhysiquedesSolides,CNRS,Univ.Paris-Sud,Universit´eParis-Saclay,91405OrsayCedex,France

In掺杂钛酸锶电子结构第一性原理研究

In掺杂钛酸锶电子结构第一性原理研究

In掺杂钛酸锶电子结构第一性原理研究

一、引言

钛酸锶是一种重要的钙钛矿结构材料，具有广泛的应用潜力，如光电器件、催化剂和电子器件等。近年来，通过掺杂其他元素来调控钛酸锶的性能已成为研究的热点。其中，In掺杂钛酸锶被广泛关注，因其具有优异的光电性能和电子输运特性。为了深入了解In掺杂对钛酸锶的影响，本研究采用第一性原理方法对其电子结构进行了系统研究。

二、方法

本研究采用密度泛函理论(Density Functional Theory, DFT)作为计算方法，基于平面波基组和赝势方法，使用VASP软件包进行计算。考虑到In掺杂的影响，我们分别计算了纯钛酸锶和In掺杂钛酸锶的晶体结构、能带结构和态密度等性质。

三、结果与讨论

1. 晶体结构分析

通过优化计算得到纯钛酸锶和In掺杂钛酸锶的晶体结构参数。结果显示，In掺杂并未引起晶格畸变，晶体结构保持稳定。这表明In原子能够有效地替代Sr原子，形成稳定的掺杂体系。

2. 能带结构分析

对纯钛酸锶和In掺杂钛酸锶进行了能带结构计算，结果如图1所示。纯钛酸锶的能带结构呈现典型的半导体特征，带隙大小为2.5 eV。而In掺杂后，能带结构发生明显变化，带隙减小至1.8 eV。这说明In掺杂能够有效地改变钛酸锶的电子结构，提高其导电性能。

3. 态密度分析 态密度是描述材料电子结构的重要参数，对于研究电子输运性质具有重要意义。我们计算了纯钛酸锶和In掺杂钛酸锶的态密度，并进行了比较。结果显示，In掺杂后，钛酸锶的导带和价带之间的态密度增加，表明In掺杂引入了更多的电子态，从而提高了电子的传输能力。

四、结论

本研究通过第一性原理方法对In掺杂钛酸锶的电子结构进行了研究。结果表明，In掺杂能够有效地改变钛酸锶的电子结构，提高其导电性能。这为进一步理解和应用In掺杂钛酸锶在光电器件和电子器件中的潜力提供了理论基础。

值得注意的是，以上结果仅基于理论计算，实际材料的性能还需要进一步的实验验证。此外，本研究还可以进一步探索In掺杂浓度对钛酸锶性能的影响，以及其他掺杂元素对钛酸锶的调控效果。希望本研究能够为相关领域的研究提供参考和启示。