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科学家在铜基高温超导体中发现新颖电荷有序态

信息来源:管理员 发布时间:2017/11/27 16:23:10
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        电子具有自旋和电荷两个重要特性。铜氧化物高温超导是通过掺杂破坏自旋有序态(反铁磁有序)而实现的。在过去30年里,高温超导机制的研究主要集中在对自旋行为的理解,缺乏对电荷功能的认识。

        近日,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)郑国庆研究组利用物理所的15特斯拉强磁场核磁共振装置,通过对高温超导体 Bi2Sr2-xLaxCuO6 的研究发现,在超导出现的低掺杂浓度范围内,取代自旋有序态的是长程电荷密度波有序态。在常规的超导体里,超导出现之前的物态是电子之间无相互作用的费米液态。研究团队发现,电荷密度波有序态的临界温度是自旋有序态临界温度的连续延伸,随着载流子的上升而减小,最后在载流子浓度0.14附近消失。同时,它与高温存在的赝能隙温度成比例关系。这个新发现揭示了电荷在产生超导中的重要作用,为研究高温超导机制提供了崭新的视角。研究团队推测,过去20多年人们注力研究但还没有定论的赝能隙现象就是长程电荷密度波有序态的某种涨落形式。

        铜氧化物高温超导体通常在高于液氮温度(77K)的区域内实现超导,相比于液氦温区(4.2K)的传统超导体,其应用范围更广阔,可用来制造输电线、变压器、量子计算、强磁场磁体等。但高温超导的机理尚不清楚,阻碍了新材料的研发。在常规的超导体里,超导出现之前的正常态(费米液态)得到充分理解。高温超导体的正常态却不正常。谜团之一是超导相之上的物态存在赝能隙,即在很高的温度一大部分的态密度已消失。赝能隙最早在核磁共振实验中被发现,随后在其它实验中也观察到这种能隙。人们普遍认为,对赝能隙的理解直接关系到高温超导机理的解决。

        物理所与日本冈山大学、德国马克斯-普朗克研究所合作,相关研究成果发表在 Nature Communications 上。研究工作得到了科技部以及自然科学研究基金的支持。

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        磁场调控的Bi2Sr2-xLaxCuO6相图。AF为反铁磁相,随空穴浓度(p)增加反

       铁磁临界温度逐渐减小。零场时,随着反铁磁相逐渐消失,超导(SC)相逐渐出现。

   而在高场时,在反铁磁相消失之际,出现了电荷密度波(CDW)相,电荷密度波的

             临界温度是反铁磁临界温度的延伸且与赝能隙(psudeogap,黄色曲面)温度成比例。

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