（凝聚态物理专业论文）高价掺杂与高温超导电性研究.pdf

中国科学院博士学位论文论文摘要 论文摘要 高温超导电性自1 9 8 6 年在铜氧化物中被发现以来，迅速成为凝聚态物理研究 的热点。近二十年来，该体系得到了广泛而深入的研究。这首先在于具有高温超 导电性的铜氧化物在应用方面更有价值，而且这种材料体系中还蕴含着诸如赝能 隙现象、电荷有序等丰富的物理内容也是众多物理学工作者们十分感兴趣的课 题。因此，对高温超导电性机制和高温超导体正常态输运性质的研究，将会对 凝聚态物理的许多领域起到重要的推动作用。 本论文所选取的研究对象是空穴型铜氧化物高温超导体l a l j 8 5 s r o 1 5 c u 0 4 的双 掺杂体系，对这些材料的微结构、超导电性、磁性质、光学性质和正常态输运行 为进行了一些探索。取得的主要研究结果如下： 1 系统地研究了混价m n ( m n 3 - m n 4 + - 1 1 ) 双掺杂对l a i l 8 5 s r o - 1 5 c u 0 4 体系的影响。 我们通过测量l a l 8 5 - 1 5 工s r o 1 5 + 1 s x c u l o x m n x 0 4 ( 0 z 0 2 ) 体系的电阻率、磁化率、 电子自旋共振谱来研究混价m n 的掺杂效应，发现c u 0 2 面上存在着两种位置 状态不同的m n 离子：一种是处于顺磁态的随机分布的离散的m n 离子，这些 离子影响c u 0 c u p d t r 杂化作用，从而导致超导电性和顺磁性的共存；另一 种是其周围也存在m n 离子并与其形成团簇的m n 离子。这些团簇具有铁磁性 并和超导电性共存。 2 系统地研究了高价态t i 4 + 掺杂对l a l 8 5 s r o 1 5 c u 0 4 体系的影响。用双掺杂方法成 功地制备出掺杂浓度高：i 技= 0 4 的l a l - 8 5 _ 致s r o 1 5 + 龄u l j i ，0 4 系列样品。并对该 体系进行了红外光谱、磁化率、电阻率的测量，研究了高价态t i 4 + 掺杂对样 品的晶格振动模式、磁化率、电阻率的影响，讨论了高价态t i 4 + 掺杂对超导 电性的破坏机制。我们发现在该体系中t i 的掺杂对超导电性的抑制不能用传 统的磁拆对理论来解释，体系载流子局域化是抑制超导电性的主要原因。 中国科学院博士学位论文 论文摘要 3 系统地研究了空穴注入型l a 2 啊s 啦u o 9 4 t i o 0 6 0 4 化合物的晶体结构、电输运、 磁性质及超导电性。利用空穴注入的方法我们在该体系中首次实现了超导重 现。此外，根据体系的电输运和磁性质的研究结果，我们给出了 l a 2 s k 9 4 t i o 0 6 0 4 ( 0 1 5 工o 3 9 ) 体系化合物的新超导相图。 4 系统地研究了t i 掺杂的l a l 8 5 s r o 1 5 c u 0 4 体系的电荷补偿效应，并给出了电荷 补偿效应的直接证据。另外，我们还给出t l a 2 吖s r x c u o 9 4 t i o 0 6 0 4 系列样品的 电阻率远比l a t s 5 s r o 1 5 c u l 卿4 系列样品的电阻率小的合理解释。 关键词：高温超导电性；可变程跳跃；电荷补偿效应 i i 中国科学院博士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t t h er e s e a r c ho nt h eh i g h v a l e n td o p i n ga n dh i g ht e m p e r a t u r e s u p e r c o n d u c t i v i t y c a i x i aw a n g ( c o n d e n s e dm a t t e rp h y s i c s ) d i r e c t e db yp r o f e s s o ry u h e n gz h a n ga n dy u - p i n gs u n t h ec u p r a t eo x i d e s 、析t l lh i g h - t e m p e r a t u r es u p e r c o n d u c t i v i t yh a v ea t t r a c t e dm u c h r e n e w e da t t e n t i o ni nc o n d e n s e dm a t t e r p h y s i c s d u et ot h e d i s c o v e r y o f s u p e r c o n d u c t i v i t yi nc u p r a t eo x i d e si n 19 8 6 t h em a t e r i a l sh a v e b e e ns t u d i e d c o m p r e h e n s i v e l ya n dt h o r o u g h l yn o to n l yb e c a u s eo ft h ep o t e n t i a la p p l i c a t i o n s ，b u t a l s ob e c a u s eo fm a n yi n t r i g u i n gp h y s i c a lp r o p e r t i e so b s e r v e di nt h e s em a t e r i a l s ，s u c h 邪p s e u d o g a p ，c h a r g eo r d e r i n g ，e t c t h e r e f o r e ，t h ei n v e s t i g a t i o nt ot h em e c h a n i s m s a n dn o r m a ls t a t et r a n s p o r tp r o p e r t i e so fh i g h - t e m p e r a t u r es u p e r c o n d u c t o r sw i l ls u r e l y g i v ei m p e t u st ot h ep r o g r e s si nm a n yf i e l d so f t h ec o n d e n s e dm a t t e rp h y s i c s i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，w es e l e c tt h ed o u b l e d o p e dm a t e r i a ll a l s s s r 0 15 c u 0 4a st h e r e s e a r c ho b j e c t ，a n di n v e s t i g a t et h e i rm i c r o s t r u c t u r e ，t h es u p e r c o n d u c t i v i t y ，t h e m a g n e t i cp r o p e r t i e s ，t h eo p t i c a lr e s p o n s ea n dt h en o r m a ls t a t et r a n s p o r tp r o p e r t i e so f t h e s em a t e r i a l s t h eo b t a i n e dm a i nr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： f i r s t l y ，as e r i e s o fd o u b l e - d o p e dl a l 8 5 i 5 x s r o 1 5 + 1 5 x c u l - x m n x 0 4 ( 0 x 0 2 ) s a m p l e sw i t ht h er a t i oo fm n 3 + m n 4 + f i x e da t1 ：1w e r es y n t h e s i z e db yt h es o l i d s t a t e r e a c t i o nm e t h o d t h es t r u c t u r a l ，t r a n s p o r ta n dm a g n e t i cp r o p e r t i e sw e r es t u d i e d i ti s f o u n dt h a tt h ed o p e dm ni o n sa c ta st w ok i n d so fs t e r i cs t a t e si nt h ec u 0 2p l a n e s o n e c o r r e s p o n d st o t h er a n d o m l yd i s t r i b u t e da n di s o l a t e dm ni o n sw h i c ha r ei n p a r a m a g n e t i cs t a t e t h eo t h e rc o r r e s p o n d st ot h em ni o n sw h i c hb e c o m ea d j a c e n t w i t ho t h e rm ni o n sa n df o r mc l u s t e r sw i t hf e r r o m a g n e t i s m i nt h i ss y s t e m ，w en o t o n l yo b s e r v e dt h ec o e x i s t e n c eo fs u p e r c o n d u c t i v i t ya n dp a r a r n a g n e t i s m ，b u ta l s o o b s e r v e dt h es u p e r c o n d u c t i v i t yc o e x i s t i n g 、 ，i t i lf e r r o m a g n e t i s m s e c o n d l y ，t h e e f f e c t so ft i d o p i n g i nt h e s i n g l e d o p e ds a m p l e s o f i i i 中国科学院博士学位论文 l a l s s s r o 1 5 c u l x t i x 0 4 ( 0 x 0 0 6 ) a n d t h e d o u b l e - d o p e ds a m p l e s o f l a l 8 5 2 x s r 0 1 5 + 2 x c u l - x t i x 0 4 ( 0 x o 4 ) h a v e b e e ns t u d i e d t h es u p p r e s s i o no f s u p e r c o n d u c t i v i t yi nt id o p i n gs a m p l e sc a l ln o tb ee x p l a i n e db yt r a d i t i o n a lm a g n e t i c p a i r - b r e a k i n gt h e o r y t h el o c a l i z a t i o no fh o l ec a r r i e r si n d u c e db yt id o p i n gi st h e m a i nr e a s o nf o rt h es u p p r e s s i o no fs u p e r c o n d u c t i v i t y t h i r d l y ，t h em a g n e t i z a t i o n , e l e c t r o n i cr e s i s t i v i t y ，i n f r a r e d ( i r ) t r a n s m i s s i o n , a n d r a m a ns c a t t e r i n gm e a s u r e m e n t sh a v eb e e nc a r r i e do u ti nl a 2 哇s r 工c u 0 9 4 t i 0 0 6 0 4 ( o 15 x 0 3 9 ) s a m p l e si nw h i c ht h es u p e r c o n d u c t i v i t yh a se n t i r e l yv a n i s h e da sx 2 o 15a n d6 t is u b s t i t u t i o nf o rc u t h er e a p p e a r a n c eo fs u p e r c o n d u c t i v i t yi n l a 2 工s r 工c u 0 9 4 t i 0 0 6 0 4s y s t e mi so b s e r v e dw i n li n c r e a s i n gx ( o 15 ) an e wp h a s e d i a g r a mo fs u p e r c o n d u c t i v i t yf o rl a 2 _ 蔗s r , , c u o 9 4 t i 0 0 6 0 4i sp l o t t e d ，a n dt h ew h o l ep h a s e d i a g r a mm o v e st ot h eo v e r d o p e dr e g i o nc o m p a r e dw i t ht h ep h a s ed i a g r a mo f l a z 卵s r x c u 0 4 w es u g g e s tt h a tt h o s es u r p r i s i n gp h e n o m e n aa r ea t t r i b u t e dt ot h e e l e c t r o n so nh i g h - v a l e n c et ic o m p e n s a t e db yh o l e si n t r o d u c e dt h r o u g hs rd o i n g i nt h ee n d ，t h ei n f r a r e d s p e c t r a a n dr e s i s t i v i t yo f l a l s s s r o 1 5 c u l y t i y 0 4 ( o y o 0 6 ) a n dl a 2 吐s r d u o 9 4 t i o 0 6 0 4 ( o 1 5 工o 31 ) s a m p l e sa r es t u d i e d i ti s f o u n dt h a tt h er e s i s t i v i t yo fl a l 8 5 s r o i s c u l 再0 4s a m p l e si sl a r g e rt h a nt h a to f l a 2 吖s r d u 0 9 4 t i o 0 6 0 4s a m p l e s t h er e s u l t si n d i c a t et h a tt h ea p p e a r a n c eo ft h ev 2p e a k f o r l a l s s s r 0 1 5 c u l - y t i y 0 4 s y s t e m a n dt h e d i s a p p e a r a n c e o fv 2 p e a k f o r l a 2 r s r 工c u o 9 4 t i 0 0 6 0 4s y s t e ma r ea l w a y sr e l a t e dt ot h ec h a n g eo ft h eh o l e sc a r t i e r c o n c e n t r a t i o ni nt h et w os y s t e m s t h eo b s e r v e dp h e n o m e n aa r ed i s c u s s e df r o mt h e v i e w p o i n to ft h ec h a r g ec a r r i e rc o m p e n s a t i o ne f f e c t k e yw o r d s ：h i g h - t e m p e r a t u r es u p e r c o n d u c t i v i t y ；v a r i a b l e r a n g eh o p p i n g ；c h a r g e c a r r i e rc o m p e n s a t i o ne f f e c t i v 中国科学院博士学位论文 声明 声明 本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所 取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经 注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的 内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已 在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。 学位论文作者签名：玉恕监 日期： 至里! 】堡笠团 绪论第一章 第一章绪论 自从b e d n o r z 和m i j l l e r 于1 9 8 6 年发现铜氧化物高温超导体以来，高温超导 体材料以其特别不寻常的特性在全世界掀起了研究热潮。经过科学家q - - 十一年 认真细致的研究，人们在高温超导电性的研究方面取得了丰硕的成果，特别是超 导体正常态的电子结构、超导态的自旋结构、维度和它们对临界电流密度的影响， 这些结果无疑对理解高温超导机制具有非常重要的意义。随着研究工作的进展， 新的实验现象也不断地被发现，然而，到目前为止高温超导机制仍然是一个未知 的问题，一个完整理论解释尚未建立! 本章首先简要概述了传统超导电性的发现 及唯象理论的发展，然后对高温超导电性的发现、晶体结构、超导相图、正常态 输运性质和超导态的反常行为，磁性质的转变，掺杂对体系的超导电性、输运性 质和磁性质的影响以及相关物性作简要的综述。另外，本章还简要介绍了几种高 温超导机制模型。 1 1 传统超导电性的发现及唯象理论的发展 1 9 0 8 年，荷兰莱登实验室在o n n e s 的指导下，经过长期努力后实现了氦气 的液化，从而使实验温度可低到4 1 k 的极低温区，并开始在这样的低温区测 量各种纯金属的电阻率。1 9 1 1 年，o n n e s 1 发现h g 的电阻在4 2 k 时突降到当 时的仪器精度己无法测出的程度，即h g 在一确定的临界温度t c = 4 1 5 k 以下将 丧失其电阻。随后，人们在p b 及其它材料中也发现这种特性：在满足临界条件( 临 界温度兀、临界电流厶、临界磁场凰) 时物质的电阻突然消失，这种现象被称为 超导电性的零电阻现象。因此，零电阻( 完全导体) 成为超导体的第一个标志。这 一现象的发现开拓了一个崭新的物理领域。1 9 3 3 年m e i s s n e r 和o c h s e n f e l d 2 对 超导圆柱p b 和s n 在垂直其轴向外加磁场下，测量了超导圆柱外面磁通密度分布， 发现了一个惊人的现象：不管加磁场的次序如何，超导体内磁感应强度总等于零。 超导体即使在处于外磁场中被冷却到超导态，也永远没有内部磁场，它与加磁场 的历史无关。这个效应称之为m e i s s n e r 效应，即完全抗磁性。被称为超导态的 第二个特征标志。 中国科学院博士学位论文高价掺杂与高温超导电性研究 超导体的这些出人意料的性质从一开始就吸引了大量的实验和理论研究工 作的投入。几乎与m e i s s n e r 和o c h s e n f e l d 发现超导态的第二个特征( 完全抗磁性) 地同时，关于超导现象的微观机制理论，以及一系列唯象理论逐步开始建立。1 9 3 4 年，c j g o r t e r 和h b g c a s i m e i r 3 在相变热力学基础上，提出了超导 相的二流体唯象模型，即假设在超导相中有一些共有化电子变成了高度有序的超 导电子，在乃以下的超导态中共有化电子分成凝聚和未凝聚两部分，即超导电 子和正常电子两部分。该模型统一解释了包括零电阻在内的许多超导现象。1 9 3 5 年，伦敦兄弟( el o n d o n 和h l o n d o n ) 4 在二流体模型和m a x w e l l 方程组的基 础上，提出了超导体的电动力学的唯象理论，该理论成功地解释了m e i s s n e r 效 应和零电阻现象，并引入穿透深度概念，即外加磁场时，在超导体表面附近一定 范围内有非零的磁场存在。1 9 5 0 年，p i p p a r d 5 对l o n d o n 理论做了重要修正， 提出了非局域理论，引入了相干长度概念，即超导电子相关联的距离，本质上即 是超导电子波函数的空间范围，解释了金属中电子平均自由程与穿透深度的关系 的实验事实。1 9 5 0 年，g i n z b u r g 和l a n d a u 6 在l a n d a u 二级相变理论的基础上， 建立了超导电性的唯象理论g - l 方程。a r b r i k o s o v 7 和g o r k o v 8 根据此理论， 形成了具有微观理论基础的g l a g 理论，为和应用密切有关的第二类超导体研 究打下了理论基础。同年，f r o l i c h 9 提出电声子相互作用可能是决定超导电性 出现的关键因素，并预言了同位素效应的产生。到本世纪五十年代，人们所认识 到的重要超导性质有：零电阻效应；m e i s s n e r 效应，超导态电子比热的指数规律； 在t = 疋时，超导一正常相变时电子比热跃迁；微波吸收边效应；同位素效应； p i p p a r d 非局域效应；正常区与超导区之间的界面能；正常一超导相变前后晶体结 构无变化。1 9 5 6 年，c o o p e r 1 0 在对一个简单的双电子模型进行计算后指出， 电子通过声子为媒介可以产生净的吸引作用，次年( 1 9 5 7 年) ，b a r d e e n ，c o o p e r 和s c h r i e f e r 1 1 提出了著明的b c s 弱耦合理论，指出超导电性的电声机制，建 立了第一个超导微观理论。在b c s 理论中，超导体费米面附近的两个动量大小 相等方向相反，并且自旋相反的电子通过交换虚声子形成c o o p e r 对，它们的总 动量为零，可以用自旋单态波函数来处理这种二体关联，超导电性的基本特征是 由c o o p e r 二体关联所引起的。b c s 理论给出了超导态的微观图象，建立了超导 基态，成功解释了诸如同位素效应、超导能隙、m e i s s n e r 效应、单电子隧道效应 2 绪论 第一章 等实验事实，使人们认识到超导现象是微观量子效应在宏观尺度上的体现。 1 2 高温超导体材料的发现及发展 自1 9 11 年首次发现超导现象至1 9 8 6 年，对于瓦，人们一直相信b c s 的论断： 超导电性不可能在3 0 k 以上的温度出现。因此这种追求高疋的工作的进展曲折而 缓慢。8 0 年代中期，超导研究可谓达到最低潮。因为当时不但理论上预言疋的极 限，实验上也无法突破1 9 7 3 年创下的瓦= 2 3 k 的记录( n b 3 g e ) ，而且低温超导的商 业应用也趋于饱和。这种形势在1 9 8 6 年4 月，被设在瑞士苏黎世的i b m 研究室的 学者j gb e d n o r z 和k a m t i l l e r 送出的一篇题为“p o s s i b l eh i g h 疋 s u p e r c o n d u c t i v i t yi nt h eb a - l a - c u - os y s t e m 的论文( 发表在联邦德国的z p h y s b 上) 给完全扭转过来。当他们报道，l a b a c u o 体系的超导转变温度为3 6 k 1 2 时，人们是多么地激动，从而在世界范围内掀起了研究、探索高温超导材料的热 潮。最引人注目的突破性进展是几个系列高死超导氧化物的相继问世。1 9 8 6 年， 兀= 2 0 4 0 k 的l a 2 x m x c u 0 4 + 6 ( 其中m = b a 、s r 和c a ) 系列氧化物超导体相继被 发现和报道。1 9 8 7 年元月底，朱经武领导的休斯敦小组和吴茂昆领导的h u n t s v i l l e 小组协作合成了瓦值为9 3 k 的新材料y b a = c u 3 0 7 1 3 ，冲出了超导7 7 k 的液氦温度 大关。紧接着，1 9 8 8 年又发现了更高瓦的两个系列超导氧化物：l1 0 k 的b i - s r c a c u o 1 4 和1 2 5 k 的t 1 b a c a c u o 1 5 系统，随后h g b a c a c u 0 1 6 等高温超导材料相继问世，瓦一再被提高，其中h g b a 2 c a 2 c u 3 0 8 ( h 9 1 2 2 3 ) 超导体 的瓦达到1 3 4 k ，而在3 0 万个大气压下，其瓦可高达1 6 4 k 1 7 。这个结果使得人们 第一次在超导研究中使用了氯氟烃普通制冷剂( 即冰箱中的氟利昂) ，而跃过了液 氮温区的制约。1 9 9 3 年1 2 月法国国家科研中心宣布也是在h g b a c a c u o 体系中( 估 计是1 2 3 4 或1 2 4 5 结构) 出现了- 4 3 一3 的超导现象 1 8 ，1 9 ；与此同时，法国科 学家拉盖等人利用分子束外延技术在s r t i 0 3 单晶上一层一层叠力i b i ，s r ，c a , c u ， o 时，当c u 0 2 层长到8 层，s r 并l c a 作为夹层嵌进c u 0 2 层中，获得了瓦为2 5 0 k 的高温 超导体 2 0 ，如果这些结果得到其他实验室的独立证实，那将是非常接近室温超 导的材料。这些发现开创了超导的新纪元。然而，这场迅猛发展的高温超导氧化 物材料的研究和探索远未结束，新的更高瓦的超导材料的探索还在继续和深入。 中国科学院博士学位论文高价掺杂与高温超导电性研究 图卜1 给出超导材料临界温度提高的历史。 1 5 0 邕1 0 0 r 5 0 0 t i m e ( y e a ) 图卜1 超导材料临界温度提高的历史 1 3 晶体结构 1 3 1 几种典型的高温超导体的晶体结构 高温超导材料是迄今被研究过的最复杂的材料中的一种。近年来，通过对高 温超导材料的研究，人们不仅认识到其具有引人注目的高疋、高温超导电性机理 的复杂性以及这种材料潜在的巨大应用前景，更认识到氧化物高温超导体具有非 常丰富的物理现象和内容，诸如赝能隙现象、相分离现象、极化子现象以及电荷 密度波、d 波配对等。然而，到目前为止人们对高温超导本质的认识仍然十分有 限，原因之一就是这些氧化物的晶体结构要比低温金属超导体的结构复杂得多， 超导行为也更具多变性。近年来，人们应用了所有可能的研究手段对高温超导氧 化物的晶体结构进行了深入地研究，积累了大量的数据，并期望从各种超导氧化 物晶体结构与超导性能的实验数据中找到某种自然规律，以便为建立新的超导理 论提供依据。尽管已知的高温超导体形形色色，从晶体结构角度来看，绝大多数 铜氧化物超导体都可以看作是由a b 0 3 型钙钛矿结构衍生出来的。所有的铜氧化 4 绪论第一章 物高温超导体都具有以c u 0 2 面为主体的层状结构，由类钙钛矿层( 其中包含的 c u 0 2 层是导电层) 与岩盐层( 载流子库层) 沿c 轴方向的堆垛所构成，图1 - 2 给出 了几种典型的高温超导体的晶体结构 2 1 。这些铜氧化物超导体具有以下一些共 同点：( 1 ) 均保持了层状钙钛矿型结构的基本特点。点阵常数a 和b 都接近3 8 a ， 这一数值是由c u 0 键长所决定的，但c 参数随层状结构中层数的改变而变化。 ( 2 ) 根据c u 0 2 面上下有无顶点氧原子，它们可以形成正方平面形，金字塔形或 八面体形的结构，如图1 - 3 所示。这种由c u 的不同配位所构成的c u 0 2 平面是 氧化物超导体所共有的，也是对超导电性有至关重要作用的结构单元，它决定了 高温超导体在结构和物性上的二维特征，超导载流子就是在c u 0 2 面上流动的， 舯i o 睁 h _ i o _ n f - y o ， 心“ 。o a 略一占育- q l ，占奢事 图1 - 2 几种有代表性的高温氧化物超导体的晶体结构 2 1 鏖鲺 中国科学院博学位论z 自价掺杂5 目溢超导电口研宄 到目前为止，电子型高温超导体( n t y p e ) 只在正方平面形类型的结构中被发现， 而空穴型高温超导体( p t y p e ) 只在金字塔形或八面体形的结构中被发现 2 2 。( 3 ) 氧的含量和分布对氧化物超导体的结构和超导电性具有重要的影响。 ( c ) 圈仲 f c u 4 e 位1 图卜3 铜氧化物超导体中c u o 面与0 原于构成的三种基本构型。图中的小实 心圆圈和大空心圆圈分别代表c u 和0 原子 2 2 。 ，。s 。碲 。j ：篝荔溪，- 。o 。6 参，学。 o 一警0 ，。n - ：键x 巩s t“乞，9 “ 。芳霪巍 。 图卜4l a 2 0 r 正u 0 4 的晶体结构 2 3 黔够 瓣镰 芸一 绪论第一章 1 3 2l a 2 吖s r x c u 0 4 超导体的晶体结构 自19 8 6 年在镧铜氧体系中发现第一个高温超导体以来，尽管此后具有更高 超导临界温度疋的材料相继问世，以l a e c u 0 4 为母体的超导系列因其结构相对 简单而一直成为人们专注研究的对象。 l a ：c u 0 4 中的l a 被碱土金属( b s t , c a ) 或者碱金属( r b ，k ，n a ) 等离子部分替 代而形成的固溶体( s o l i ds o l u t i o n ) l a 2 x m x c u 0 4 在3 7 k 以下显示出超导电性。大多 数l a 2 x s r j c u 0 4 在室温下具有空间群为1 4 m m m 的四方结构，见图卜4 。以具有 代表性的l a l s s s r o 1 5 c u 0 4 为例，3 0 0 k 时的平均晶格常数为口= b = 0 3 7 7 9 3n m ，c = 1 3 2 2 6n l i l ，各原子位置为：( l a , s r ) ( 4 p ) ( o00 3 6 0 4 6 ) ；c u ( 2 a ) ( 000 ) ： 0 ( 1 ) ( 4 c ) ( 00 50 ) ：0 ( 2 ) ( 4 e ) ( 00o 1 8 2 4 ) 2 4 。c u 0 2 面上c u 0 键长均等， c u - o c u 键角为1 8 0 0 ，形成一个平整并具有高对称性的原子层。l a 3 + 和s r 2 + 的价 态较稳定，因s r 掺杂而引入的多余空穴转移至c u 0 2 层而成为载流子。 这种材料在常温下呈现金属性，在3 7 k 以下发生超导转变。随着s r 浓度的 增加，l a 2 r x c u 0 4 的晶格常数a 减小，c 却增加。使口减小的原因是c a 0 2 面接 受空穴后c u 2 十被氧化，c u o ( 1 ) 键长缩短。s p 离子半径比l a 3 + 半径大从而使c 值增加。在低温下，l a l 8 5 s r o 1 5 c u 0 4 发生四方一正交相变，空间群在2 0 0 k 左右由 1 4 m m m 转变为b m a b 。c u o ( 1 ) c u 键角偏离1 8 0 0 。相变的原因是c u 0 6 八面体倾 斜，但倾斜程度较l a l c u 0 4 要小些。固溶体l a z 吖s r x c u 0 4 在很大组分范围( o 水1 3 4 ) 内存在 2 5 。然而存在超导电性的组成范围( o