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高温超导体研究获得新进展

  高温超导体的研究取得新进展

  1986年铜氧化物高温超导体的发现为凝聚态物理学提出了许多基本的和具有挑战性的重要问题。氧化铜高温超导体基体为反铁磁绝缘体,随着载流子的引入,它逐渐演变为金属和超导体。已经发现,在掺杂有少量载流子的欠掺杂区域中,高温超导体展现的一系列奇异常态(超导Tc以上的温度)的性质显着偏离经典的金属理论 - 朗道费米液体理论。一个特别奇异的现象是在缺陷区域存在“伪空隙”。在传统的超导体中,超导间隙(打开电子对所需的能量)只有在材料进入超导状态(低于Tc)时才被导通。然而,在氧化铜高温超导体的欠掺杂区域中,尽管材料没有超导,但在Tc以上的特定温度范围内已经存在所谓的伪能隙开口。理解低掺杂区域的奇异物理特性,特别是伪隙的性质及其与超导电性的关系,对理解HTS机制起着关键作用。
\\ u0026>高温超导体在掺杂少量载流子后的低掺杂区,费米面应该具有什么拓扑形状?这是理解高温超导体单一物理性质的最基本的问题。这也是20年来在理论和实验上争论的一个重要问题。理论上,不同的理论框架对费米面的拓扑形状给出了非常不同的预测。有人认为形成大的费米面,有人认为应该形成费米弧(费米弧),而另一些人则认为在费米口袋(费米口袋)的形成过程中,不同实验方法的结果也不一致。例如,一系列最近的量子振动实验表明,在未退化样品中可能存在费米口袋。雷达解决光电子谱(ARPES)作为费米面的直接测量的实验测量,所获得的结果都是费米弧图像。
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中国科学院物理研究所周新江研究组利用超高分辨率真空紫外激光角分辨光电子能谱研究氧化铜高温超导体电子结构的研究取得重大进展。他们不仅实验观察到了费米口袋的存在,而且还观察到了费米口袋和费米弧的共存。相关结果发表在Nature,Nature,2009年11月29日(Jianqiao Meng et al。,Nature 462(2009)335),在超导电性领域引起强烈的反应。
\\ u0026>图1.较少的激光角分辨光电子能谱测量掺杂Bi2(Sr2-xLax)CuO6(x = 0.73,Tc = 18K)样品的费米面(图1a)和相应的能带结构图1b-f)表示。图1显示主费米表面LM和费米表面LP形成一个封闭的费米口袋。
\\ u0026>图1显示了真空紫外激光角分辨光电子能谱在费米面掺杂Bi2201高温超导体(图1a)和相应的能带结构(图1b-f)。图1除了主费米LM的强信号外,还观测到另外三米米的弱米。其中,费米面LP与主费米面LM相交,形成封闭的费米面 - 即费米口袋。通过仔细的实验​​和分析,可以排除LP费米面是由外在因素引起的可能性。 LP的信号强度小于主费米LM的1/20,因此真空紫外激光角分辨光电子能谱仪的高精度和高数据质量在费米口袋的观测中起着重要的作用。 (a)x = 0.84和Tc = 3k;(b)x = 0.73和Tc =(D)x = 0.40的Bi2(Sr2-xLax)CuO6样品的费米表面演化,Tc = 32K。在Tc = 18K(b)和26K(c)的样品中可以看到费米口袋,重掺杂Tc = 3K样品(a)和最大掺杂Tc = 32K图2显示了4种不同掺杂的Bi2201样品的费米面测量结果,前3个样品是欠掺杂的,超导跃迁温度分别为3K(图2a),18K(图2b)和26K(图2c),可以看出费米口袋没有出现在最好的掺杂样品中(图2d),但是n严重低于掺杂样品(图1)。图2a)。费米口袋只在欠掺杂区出现适当的掺杂范围(图2b和2c)。
\\ u0026>图3. Bi2201超导体(Tc = 18K)中费米口袋和费米弧的共存。图3a显示了超导费米面。图3b和3d分别显示了沿主费米表面LM和费米口袋LP的光电子谱。图3f显示了正常的费米面和相应的光电子能谱曲线(图3g-j)。
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一个特别独特的现象是费米口袋和费米弧的共存。图3显示了在超导温度以上(在图3的上部)和以下(在图3的下部)的费米面上测量的相应的FTI谱,由此可以看出能隙As图3c和3e表明,在超导温度以下的主费米表面LM和费米口袋LP处都形成了各向异性的超导间隙,但在超导温度以上的正常条件下,从图3h和图3j可以看出,费米口袋LP的缺口消失,但主费米面上LM的能隙只在节点区域消失,而能隙仍远离节点的反节点区域,实心紫色点表示区域能隙在费米口袋LP和主费米表面LM中消失,并且可以看出,主费米表面上的无间隙区域(费米弧)的长度似乎高于费用。这导致有趣的共存Ø f费米口袋(由无间隙LP和部分aft间隙LM形成的闭合间隙费米面)和费米弧(主要费米LM上的无间隙面积)。 实验观察到的费米口袋是孔型,其表面的大小对应于样品的掺杂浓度(图2i)。这些结果与费米口袋在布里渊区的位置(图2i)以及独特的掺杂演变(图2)相结合,区域中费米面的形状以及各种现有理论的研究提供了重要的信息。很显然,实验观察到的费米口袋形成机制与PW Anderson最初提出的共振价键理论(RVB)理论之间存在一些差异。现象学理论在几个重要方面与实验观察到的费米口袋一致,但仍然存在不一致。在正常费米口袋和费米弧共存的情况下,理论是完全不可预知的。因此,本研究的结果对于理解高温超导体奇异常态的性质,检验和建立新的理论有重要的推动作用。点击

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