物理所等在銅基高溫超導(dǎo)體中發(fā)現(xiàn)新穎電荷有序態(tài)

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

　　近日，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實驗室（籌）鄭國慶研究組利用物理所的15特斯拉強磁場核磁共振裝置，通過對高溫超導(dǎo)體Bi2Sr2-xLaxCuO6的研究發(fā)現(xiàn)，在超導(dǎo)出現(xiàn)的低摻雜濃度范圍內(nèi)，取代自旋有序態(tài)的是長程電荷密度波有序態(tài)。在常規(guī)的超導(dǎo)體里，超導(dǎo)出現(xiàn)之前的物態(tài)是電子之間無相互作用的費米液態(tài)。研究團隊發(fā)現(xiàn)，電荷密度波有序態(tài)的臨界溫度是自旋有序態(tài)臨界溫度的連續(xù)延伸，隨著載流子的上升而減小，最后在載流子濃度0.14附近消失。同時，它與高溫存在的贗能隙溫度成比例關(guān)系。這個新發(fā)現(xiàn)揭示了電荷在產(chǎn)生超導(dǎo)中的重要作用，為研究高溫超導(dǎo)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(xiàn)象就是長程電荷密度波有序態(tài)的某種漲落形式。

　　銅氧化物高溫超導(dǎo)體通常在高于液氮溫度(77K)的區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)超導(dǎo)，相比于液氦溫區(qū)(4.2K)的傳統(tǒng)超導(dǎo)體，其應(yīng)用范圍更廣闊，可用來制造輸電線、變壓器、量子計算、強磁場磁體等。但高溫超導(dǎo)的機理尚不清楚，阻礙了新材料的研發(fā)。在常規(guī)的超導(dǎo)體里，超導(dǎo)出現(xiàn)之前的正常態(tài)（費米液態(tài)）得到充分理解。高溫超導(dǎo)體的正常態(tài)卻不正常。謎團之一是超導(dǎo)相之上的物態(tài)存在贗能隙，即在很高的溫度一大部分的態(tài)密度已消失。贗能隙最早在核磁共振實驗中被發(fā)現(xiàn)，隨后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(guān)系到高溫超導(dǎo)機理的解決。

　　物理所與日本岡山大學(xué)、德國馬克斯-普朗克研究所合作，相關(guān)研究成果發(fā)表在Nature Communications上。研究工作得到了科技部以及自然科學(xué)研究基金的支持。

　　論文鏈接 

　　磁場調(diào)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(dǎo)(SC)相逐漸出現(xiàn)。而在高場時，在反鐵磁相消失之際，出現(xiàn)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。