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進展 | 銅氧化物高溫超導體中發現新穎電荷有序態

4月
02
2018

2018年4月02日18時 今日科學 中科院物理所

中科院物理所

電子具有自旋和電荷兩個重要的特性。銅氧化物高溫超導是通過摻雜破壞自旋有序態(反鐵磁有序)而實現的。因此,在過去的30年里,高溫超導機制的研究主要集中在對自旋行為的理解,而缺乏對電荷功能的認識。

最近,中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家實驗室(籌)鄭國慶研究組(SC09組)的李政副研究員等人利用物理所的15特斯拉強磁場核磁共振裝置,通過對高溫超導體Bi2Sr2-xLaxCuO6的研究發現,在超導出現的低摻雜濃度範圍內,取代自旋有序態的是長程電荷密度波有序態。在常規的超導體里,超導出現之前的物態是電子之間無相互作用的費米液態。研究團隊還發現,電荷密度波有序態的臨界溫度是自旋有序態臨界溫度的連續延伸,隨著載流子的上升而減小,最後在載流子濃度0.14附近消失。而且,它與高溫存在的贗能隙溫度成比例關係。這個新發現揭示了電荷在產生超導中的重要作用,為研究高溫超導機制提供了嶄新的視角。研究團隊推測,過去20多年人們注力研究但還沒有定論的贗能隙現象就是長程電荷密度波有序態的某種漲落形式。

銅氧化物高溫超導體通常在高於液氮溫度(77K)的區域內實現超導,相比於液氦溫區(4.2K)的傳統超導體,其應用範圍更廣闊,可用來製造輸電線、變壓器、量子計算、強磁場磁體等。但是,高溫超導的機理尚不清楚,從而也阻礙了新材料的研發。在常規的超導體里,超導出現之前的正常態(費米液態)得到了充分的理解。而高溫超導體的正常態卻不正常。謎團之一是超導相之上的物態存在贗能隙,即在很高的溫度一大部分的態密度就已經消失了。贗能隙最早在核磁共振實驗中被發現,隨後在其它實驗中也觀察到這種能隙。人們普遍認為,對贗能隙的理解直接關係到高溫超導機理的解決。

這項成果近日在Nature Communications上公布出版了(Nature Communications 8, 1267 (2017); DOI:

10.1038/s41467-017-01465-9)。它是通過與日本岡山大學Kawasaki博士以及德國馬普研究所的林成天材料組長等人合作而取得的。李政和Kawasaki共同第一作者。這項工作得到了科技部(No.2016YFA0300502 and No. 2015CB921304)以及自然科學研究基金(No. 11634015)的支持。

文章連結:http://www.nature.com/articles/s41467-017-01465-9

圖1,磁場調控的Bi2Sr2-xLaxCuO6相圖。AF為反鐵磁相,隨空穴濃度(p)增加反鐵磁臨界溫度逐漸減小。零場時,隨著反鐵磁相逐漸消失,超導(SC)相逐漸出現。而在高場時,在反鐵磁相消失之際,出現了電荷密度波(CDW)相,電荷密度波的臨界溫度是反鐵磁臨界溫度的延伸且與贗能隙(psudeogap,黃色曲面)溫度成比例。

編輯:小麵包

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