高温超导体中赝能隙现象的研究

铜氧化合物高温超导体主要有以空穴口袋的形式所表现出来的节点区费米面(费米弧)和反节点区赝能隙态的特征。在本文中,我们主要引进反铁磁背景下的横向条纹相模型来研究欠掺杂铜氧化合物超导体中费米弧的特点及其赝能隙现象。模拟结果表明,在反铁磁背景横向条纹相下就可以形成关于节点对称的费米口袋。

氧化物材料中赝能隙对输运性质的影响

在t J模型和Fermion Spion理论的框架下 ,研究了强关联氧化物超导材料的输运性质 .在最佳掺杂区 ,系统的电阻与温度是线性关系 .在欠掺杂区域 ,由于在低温情况下存在赝能隙减弱了带电粒子的散射 ,导致了电阻由在高温时与温度的线性关系转变成为在低温时偏离线性关系 .

美国科学家发现赝能隙或是高温超导体的新相位

通过多年的观察，美国纽约州立大学宾汉姆顿学院物理学家迈克尔·劳勒和同事找到了解开高温超导领域所谓“赝能隙”现象的关键“钥匙”。“赝能隙”或许是高温超导物质的另外一个相位（phase）。新发现或将推进室温超导研究的发展。

中国科大首次观测到多体配对赝能隙

中国科学技术大学潘建伟、姚星灿、陈宇翱等,基于强相互作用的均匀费米气体,首次观测到由多体配对产生的赝能隙。这一研究首次确立了配对赝能隙的存在,为高温超导机理中的电子预配对假说提供了支持,向探索高温超导机理迈出了重要一步,是利用量子模拟解决重要物理问题的范例。

赝能隙导致的YBa_2(Cu_(1-x)M_x)_3O_(7-δ)(M=Co,Zn)薄膜的输运性质异常

报道了两类典型元素替代的超导Y12 3相体系 -YBa2 (Cu1 -xCox) 3O7-δ(x =0 0 1,0 0 2 )和YBa2 (Cu1 -yZny) 3O7-δ(y =0 0 0 5 ,0 0 10 )薄膜的电阻率 温度特性 (ρ(T) )和Hall效应 (RH(T) ) .研究表明 ,Co掺杂的Y12 3相体系十分类似于氧欠掺杂的情况 ,对Co掺杂的薄膜样品 ,由电阻率 温度特性定义的赝能隙打开的温度T 分别为 193和2 2 5K .而Zn掺杂的样品没有观察到赝能隙打开对电阻率 温度特性的影响 .由Hall效应的测量和Hall角 (cotθH)定义了另一个特征温度T0 ,介于Tc 与T 之间 ,这一特征温度与核磁共振 (NMR)给出的赝能隙打开温度相近 ,说明可能源于电子自旋自由度上的能隙打开 .在室温到Tc 范围内 ,电阻率 温度特性和Hall效应分别定义了两类不同的转变温度 (T 和T0 ) ,可能分别源于电子电荷和自旋通道上的赝能隙的打开 。

电子型超导体Sm_(1.85)Ce_(0.15)CuO_4单晶的赝能隙行为研究

测量了在O2 中退火不同时间的Sm1 .85Ce0 .1 5CuO4 单晶样品的热电势S与电阻率 ρ的温度依赖关系 .所有的样品电阻率高温下呈现线性温度依赖行为 .未退火的样品在 14 8K发生超导转变 ,而退火后的样品在低温下发生金属 半导体相变 ,其超导电性消失 ,表明退火引起了载流子浓度下降 ,体系进入欠掺杂态 .随着温度降低 ,所有的样品S T和ρ T曲线在 2 0 0K附近 (T )都发生斜率的改变 ,可以用赝能隙现象解释 .热电势S在低温下出现一个正的曳引峰 ,意味着载流子符号发生改变 。

非厄米赝能隙

能隙是表征物态的重要概念之一.其中,能态密度极低但非零的区域被称为赝能隙,其出现与高温超导等现象有着重要的联系.本研究发现对于一些非厄米格点系统,引入开边界条件能够导致赝能隙的产生.这一现象通常在两个或更多不对称的非厄米泵浦通道相互影响时出现,并且没有厄米对应.非厄米赝能隙的出现同时也伴随着一些其他新奇的物理现象.与普通拓扑能隙类似,非厄米赝能隙中也能出现受对称性保护的隙间态,但这些隙间态具有扩展的空间分布,而不是局域在系统边缘,且对破坏对称性的扰动具有很高的敏感性.在传统的拓扑相变点处,非厄米赝能隙中同样可以存在与拓扑态类似的局域边界态,但并不直接对应相应赝能带的拓扑不变量:这些赝能带可能具有分数的拓扑数,甚至不具有良好定义的陈数.非厄米赝能隙的概念挑战了传统拓扑对应以及能带的概念,有望对分数陈绝缘体等多体现象产生重要的影响.

赝能隙研究新进展

对铜氧化合物超导体的母材料而言，很低水平的电子-空穴掺杂将导致反铁磁的绝缘体．增加掺杂浓度，材料可能成为导体，并且表现出复杂的物质相．以温度T为纵坐标，掺杂浓度为横坐标，超导相在T=0K以上的低温区围出一个“鸟蛋”图样，就像北京国家大剧院的圆屋顶，圆屋顶线给出的温度即为特定掺杂浓度材料的超导转变温度Tc．

中科院：氧化物材料超导能隙和赝能隙性质研究取得进展

铜氧化物材料中的超导电性白1986年发现以来，其超导机制就一直是人们关心的中心问题。这类材料的一个普遍特性是在超导转变温度TC以上很宽的温度范围内有赝能隙及费米弧的存在，而对这些现象的正确理解是寻找超导配对机理的重要方面。目前通过角分辩光电子谱（ARPES）和扫描隧道显微镜（STM）等重要的谱学手段得到的对赝能隙与超导能隙的认识尚不一致，主要存在着两种不同的观点：一是单能隙或预配对观点，即赝能隙起源于超导预配对，另一则是两能隙观点，即赝能隙的起源与超导电性无关。

YBa_2Cu_3O_7和YBa_2Cu_3O_6能隙结构的计算

用电子密度泛函方法(DFT),系统计算了高温超导体YBa2Cu3O7单胞的能隙随温度变化(5K^300K)的规律。计算结果表明,其超导能隙值2?(T)在101meV量级;并在超导临界温度点(Tc=93K)附近,有超导能隙不为零的极小值;当温度超过Tc时,YBa2Cu3O7有赝能隙存在,且赝能隙随温度升高至T*=120K时,达到极大值;当温度超过T*时,赝能隙又有明显减小趋势。用DFT方法对YBa2Cu3O6单胞的能隙进行了计算,发现其能隙值是102meV量级,表明它具有半导体能级特征,因而是非超导体。

YBa2Cu3O7能隙及低温电子比热容的第一性原理计算

用电子密度泛函方法(DFT)对YBa2Cu3O7晶胞39个原子模型系统计算了其能隙随温度的变化规律,并在能隙计算基础上,应用电子比热的双极化和热激发的极化子模型计算了电子比热及其系数随温度的变化关系。计算结果表明:超导能隙在超导临界温度点93K附近有不为零的极小值;能隙曲线中的几个转折温度点依次分别与Tc,T*和T0相对应;在Tc^T*温度范围,超导态消失,但有反铁磁自旋相干引起的自旋能隙的存在;在T*~T0温度范围,有周期性条纹相产生的电子密度波引起的能隙的存在;在T=T0,电子比热系数发生了从增大到减小的转折变化。

铜氧化物高温超导体能隙研究现状及困难

30年来,人们对铜氧化物高温超导体进行了大量的研究,但是其微观机制仍然是个谜,而蕴含其中的能隙问题,特别是赝能隙的起源与超导能隙的关系,一直是人们研究的中心问题。本文基于前人的研究,主要概述了超导能隙的相图、赝能隙态的特征以及目前所面临的困难,我们相信理解清楚他们之间的关联,必将对高温超导机理的理解起重要的推进作用。

铜氧化物超导体中欠掺杂到过掺杂区域的费米速度和能隙速度的研究（英文）

通过考虑赝能隙的影响,研究了铜氧化物超导体中从欠掺杂区域到过掺杂区域的费米速度和能隙速度随掺杂的变化关系。研究结果表明,费米速度VF随掺杂浓度几乎成线性变化,并随掺杂浓度的增加而增加,而能隙速度v2随着掺杂浓度的增加而减小,在重过掺杂区域降为零。并研究了掺杂的准粒子速度和能隙速度之比vF/v2随掺杂浓度的依赖关系。结果表明,vF/v2随着掺杂浓度的增加而增加。解释了vF/v2在重过掺杂铜氧化物超导体中迅速增加的现象。

高温超导体中的能斯特效应与类涡旋激发

简要地介绍了通常金属的能斯特(Nernst)效应,指出 类超导体在混合态的磁通运动产生的能斯特效应远大于正常载流子的贡献.接着介绍了高温超导的La2-xSrxCuO4(LSCO)单晶中涡旋运动产生的大的能斯特信号从Tc一直延续到远高于Tc的温度T0,并报道在Zn掺杂的YBa2Cu3O7-δ(YBCO)外延薄膜中观测到的Tc和T0随Zn质量分数的变化.这些体系的能斯特效应结果充分地显示出高温超导体中在Tc以上可能存在着类磁通涡旋.根据预超导配对的理论图像对实验结果进行了讨论.

强关联材料霍尔热导率实验测量综述

在材料中输入热流并在垂直于热流的方向上施加磁场时,热载流子将可能被磁场偏转,获得横向速度,从而导致材料在横向出现一个温度梯度。这种效应被称为热霍尔效应(THE)。与电霍尔效应类似,热霍尔效应被预言将在一些拥有非平庸贝利曲率的材料中出现,因此它可以揭示材料的拓扑性质。然而,热霍尔效应并不像电霍尔一样,只局限于载流子带电的体系;相反,任何种类的准粒子都可以导热。因此,热霍尔效应也可以用来探索强关联电子体系材料(尤其是绝缘体)的奇异性质。因此,热霍尔效应更具有普适性,并日益成为探测电中性激发,如声子和磁振子的强有力手段。不仅如此,有如手性声子这样超越一般非平庸贝利曲率图像的因素仍可导致热霍尔效应;探查其中的热霍尔效应将为理解材料中复杂的微观机理指明方向。但是,热信号比电信号要微弱得多。尤其是测量热霍尔效应,往往要在较大背景噪音中提取微弱的有效信号,这使霍尔热导的测量极具挑战性。但是得益于科研工作者大量的努力,该领域在近几年发展迅速,得到了许多十分有趣的结果。在本文中,我们将简要总结现有的一些令人兴奋的在霍尔热导率测量方面的成果,指出尚未解决的问题,并提出未来可能的方向。

双层铜氧化物超导体的费米面随掺杂浓度的演化

在动能驱动的超导电性理论框架下,考虑赝能隙的影响,讨论了双层铜氧化物超导体的费米面随掺杂浓度的演化行为。我们的结果表明,双层铜氧化物超导体的费米面在欠掺杂区域表现为布里渊区节点附近不连续的费米弧,并且费米弧的长度随掺杂浓度的增加而增加,最后在超导圆顶的末端形成连续的轮廓。特别的是,费米面会发生双层能带劈裂,劈裂为成键态和反键态两支,两支费米弧在欠掺杂区域重叠在节点附近,并且均随掺杂浓度的增加而逐渐向反节点区域延伸,在过掺杂区域费米面的双层劈裂效应变显著,越远离节点两支费米面分离越明显。文章结果与角分辨光电子谱的实验结果定性一致。

层状铜氧化物超导体的有限温Landau理论

采用有限温的Landau理论来描述层状铜氧化物超导体中的竞争序和层间Josephson隧道效应.通过讨论单层和双层铜氧面结构的超导体中序参量的相图,并与实验相比较来确定理论中唯象参数的合理范围,同时也解释了在最佳掺杂区附近赝能隙的转变温度远高于与之对应的能量尺度这个颇具疑惑的实验事实.再将理论应用到多层的超导体系,计算了超导转变温度Tc随体系层数N的变化,在合理的参数空间里,最佳掺杂区附近的计算结果与现有的实验相一致,而在极度欠掺杂区和极度过掺杂区的单调性上升可作为理论预言.

电荷密度波材料NbSe_3高温隧道谱的意外发现

对ＮｂＳｅ３在第一相变温度上下的隧道谱测量，意外地发现在通过电荷密度波（ＣＤＷ）相变温度时电子态密度没有反常．

欠掺杂氧化物超导体的比热测量发现正常态有电子配对

本研究在制备出系列掺杂的高质量氧化物超导体单晶Bi2Sr2-xLaxCuO6的基础上,开展了系统的比热测量工作,发现欠掺杂的高温超导体的比热跳变高度很矮,远远低于BCS理论预言的值,而且越到欠掺杂,比热跳变高度越矮。有趣的是,在转变温度以上很高的温区仍然有一个长长的尾巴,所计算的熵在超导转变温度处不守恒。此外,当把超导转变以上的部分均考虑在内时,熵会自动守恒。联想到从过掺杂到欠掺杂的连续过渡规律,可以认定,欠掺杂的样品在远远高于超导转变温度的区域已经存在电子库珀对。

高温超导体的电子配对机制

高温超导体中的电子配对机制是高温超导机理研究中一个重要的课题.经过近30年的研究,人们已经逐步取得了磁性关联是导致高温超导体电子d-波配对驱动力的共识.但是如何从这一共识出发理解高温超导体的复杂物理性质,尤其是与欠掺杂区域的赝能隙现象相关联的一系列反常物理性质,仍然是一个重大的挑战.解决这个问题的关键在于理解强关联效应导致的高温超导体电子的巡游-局域二元性.