离子尺寸效应对铜氧化物高温超导体的影响

压缩铜氧化物主要有两种方式：外部压力或由等价离子取代引起的内部压力。矛盾的是，它们对超导转变温度具有相反的影响。本论文旨在理解这两种压力之间的显著差异。我们研究了三个离子尺寸可系统改变的铜氧化物家族：Bi$_2$(Sr$_{1.6-x}$A$_x$)Ln$_{0.4}$CuO$_{6+ \delta}$、ACuO$_2$ 和 LnBa$_{2-x}$Sr$_x$Cu$_3$O$_{7-\delta}$，其中 Ln 为镧系元素或 Y，A=\{Mg,Ca,Sr,Ba\}。我们利用多种技术探索这一悖论，例如：利用拉曼光谱测量反铁磁交换能和能隙，利用密度泛函理论计算态密度，利用缪子自旋弛豫测量超流密度，以及利用多种更常规的技术合成和表征样品。我们的拉曼研究表明，自旋涨落的能量标度无法解析这两种压力的不同效应。同样，态密度虽然是一个重要属性，但也无法清晰地解析这一悖论。我们的超流密度测量表明，等价离子取代导致的无序对于超导转变温度而言是次要因素。相反，我们发现极化率是与铜氧化物超导性相关的关键属性。这一理解解决了该悖论！它意味着电子配对源于以下两种机制之一：(i) 短程相互作用，其中极化率屏蔽了排斥性的长程相互作用；和/或 (ii) 相对未被探索的量化相干极化波交换思想。更广泛地说，我们也证明了研究离子尺寸效应对于增进我们对铜氧化物的集体理解具有实用性。