高温超导体角分辨光电子能谱研究及新进展

本文较详细地评述了高温超导体角分辨光电子能谱研究的所有主要方面的成就及最新进展。所涉及的主题有：角分辨光电子能谱基础知识,费米面的角分辨光电子能谱研究,超导能隙及对称性研究,赝能隙问题的角分辨光电子能谱研究,高温超导体的角分辨光电子能谱谱线形分析,近节点区域准粒子的色散行为,双层能带劈裂。所涉及的材料不仅有最广泛研究的Bi2212,还包括Bi2201,Bi2223,La-214,Y-123乃至电子型掺杂的超导体。所引用的文献特别注意了从新一代高能量、动量分辨的能量分析器得到的系统、深入的工作。     

铜氧化物超导体Bi2Sr2CaCu2O8+δ 多体相互作用的超高能量分辨和时间分辨 角分辨光电子能谱研究

自发现30 多年来,铜氧化物的高温超导机理仍未得到解释。传统超导电性起源于电 子–声子相互作用形成的电子配对,研究传统超导体中的多体相互作用为BCS 理论提供了有 力的证据。目前已证实铜氧化物高温超导体中存在着电子配对,但是引起配对的机制仍不清 楚。因此,对铜氧化物高温超导体中的多体相互作用研究是揭示高温超导机理的关键。角分辨 光电子能谱是研究固体电子结构最直接的技术手段,随着其分辨率的不断提升,在研究高温超 导体的多体相互作用中日益发挥重要的作用。近年来兴起的时间分辨角分辨光电子能谱在常规 角分辨光电子能谱的基础上增加了独特的时间维度,从而成为研究多体相互作用动力学的有力 手段。本文详细地介绍了我们利用超高能量分辨和时间分辨角分辨光电子能谱在铜氧化物超导 体Bi2Sr2CaCu2O8+δ 中多体相互作用的研究,包括在节点区域、反节点区域扭折的研究,多体 相互作用的动量依赖关系,配对电子自能的提取以及库珀对在激光泵浦下的受激辐射现象。     

高温超导体电子结构和超导机理的角分辨光电子能谱研究

超导是一种奇异的宏观量子现象.100多年来,已发现的超导体主要分为两类:以金属或者合金为代表的常规超导体以及以铜氧化物和铁基高温超导体为代表的非常规超导体.常规超导体的超导机理能被BCS超导理论完美解释,但高温超导体的超导机理至今仍未达成共识,已经成为凝聚态物理领域中长期争论且充满挑战的重大科学问题.从实验上揭示非常规超导材料的微观电子结构,是理解其奇异正常态和超导电性机理、建立新理论的前提和基础.角分辨光电子能谱技术,由于可以实现对材料中电子的能量、动量和自旋的直接测量,在高温超导研究中发挥了重要的作用.本文综述了我们利用角分辨光电子能谱技术在铜氧化物和铁基高温超导体电子结构和超导机理研究中取得的一些进展,主要包括母体的电子结构、正常态的非费米液体行为、超导态的能带和超导能隙结构以及多体相互作用等.这些结果为理解铜氧化物和铁基高温超导体的物性及超导机理提供了重要的信息.     

铁基超导体的角分辨光电子能谱研究进展

最近发现的超导转变温度高达55K铁基高温超导体结束了铜氧化物在超导转变温度高于40K的领域一统天下的局面.与铜氧化物高温超导体一样,超导配对对称性对于理解这一新的体系有着重要的作用.文章利用角分辨光电子能谱实验手段,全面地研究了铁基材料的能带结构和费米面以及它们随载流子掺杂浓度变化的演化过程,发现了铁基超导体中依赖费米面的无节点的超导能隙,指出了费米面间的相互作用对超导配对起着关键作用.     

层间耦合与高温超导体角分辨光电子能谱和Ba位替代效应

根据高温超导体层状结构特点和层间耦合效应，提出了一个唯象的S-N双层高 温超导模型（S表示超导层，N表示非超导层），并在Nambu空间求得高温超导态的格林函数，得到了S-N模型下高温超导体临界温度T＿c随S，N层间耦合强度增加而下降的结果.在该 模型的基础上讨论了YBCO材料中Ba位替代对Tc的抑制效应，说明了高温超导体角分辨光电子能谱具有hump/dip/peak结构的特点，所得结果与实验相一致. 关键词： 层间耦合效应 替代效应 势无序 角分辨光电子能谱     

角分辨光电子能谱技术及其应用进展

角分辨光电子能谱 (ARPES)是研究晶体表面电子结构 ,如能带 ,费米面 ,以及多体相互作用的重要工具。本文概述了光电子激发的一般过程和单粒子近似下的理论模型。详细讨论了角分辨光电子能谱的能带勾画 (EnergyBandMapping)和费米面成像 (FermiSurfaceMapping)技术 ,以及高分辨下的角分辨光电子能谱在强相关体系研究中的应用。文章最后简单介绍了当前角分辨光电子能谱研究的新进展 ,如研究宽禁带半导体材料的表面电子结构 ,有机功能材料与金属的界面 ,金属超薄膜中的量子阱态 ,以及高温超导机理研究等     

角分辨光电子能谱技术及其应用进展

角分辨光电子能谱（ARPES）是研究晶体表面电子结构,如能带,费米面,以及多体相互作用的重要工具。本文概述了光电子激发的一般过程和单粒子近似下的理论模型。详细讨论了角分辨光电子能谱的能带勾画（Energy Band Mapping）和费米面成像（Fermi Surface Mapping）技术,以及高分辨下的角分辨光电子能谱在强相关体系研究中的应用。文章最后简单介绍了当前角分辨光电子能谱研究的新进展,如研究宽禁带半导体材料的表面电子结构,有机功能材料与金属的界面,金属超薄膜中的量子阱态,以及高温超导机理研究等。     

铜氧化物高温超导体的角分辨光电子能谱研究

由于能量和动量分辨率以及实验效率的大幅度提高，角分辨光电子能谱在过去的20年取得了革命性的进展，成为当今凝聚态物理最重要的实验手段之一．文章综述了20年来角分辨光电子能谱在高温超导领域所取得的研究成果，并通过6个例子来阐明如何利用角分辨光电子能谱来理解铜氧化物超导体丰富的相图，以及对应的多体物理现象．     

铁基高温超导体电子结构的角分辨光电子能谱研究

铜氧化物超导体和铁基超导体是人类相继发现的两类高温超导家族,它们的高温超导机理是凝聚态物理领域中长期争论但悬而未决的重大问题.对铁基超导体广泛而深入的研究,以及与铜氧化物高温超导体的对比,对于发展新的量子固体理论、解决高温超导机理、探索新的超导体以及超导实际应用都具有重要意义.固体材料的宏观物性由其微观电子结构所决定,揭示高温超导材料的微观电子结构是理解高温超导电性的前提和基础.由于角分辨光电子能谱技术具有独特的同时对能量、动量甚至自旋的分辨能力,已成为探测材料微观电子结构的最直接、最有力的实验手段,在高温超导体的研究中发挥了重要作用.本文综述了在不同体系铁基超导体中费米面拓扑结构、超导能隙大小和对称性、轨道三维性和选择性、电子耦合模式等的揭示和发现,为甄别和提出铁基超导新理论、解决高温超导机理问题提供重要依据.     

新型铁基超导体角分辨光电子能谱研究

最近发现的新型122结构的铁基超导体掀起了铁基高温超导研究的又一轮热潮.文章利用角分辨光电子能谱实验手段,研究了这类新型铁基材料的电子结构、费米面拓扑和超导能隙.实验结果表明,其在布里渊区中心的能带结构及费米面与其他铁基超导体存在明显差异,并导致嵌套在粒子-空穴通道的费米面消失.另外,在布里渊区边缘的电子型费米面发现了较强的并且有各向同性的超导能隙.这些结果对可能的超导配对机制提出了严格的限制.     

角分辨光电子能谱应用于固体物理学教学实践的探讨

角分辨光电子能谱是研究物质电子能带结构目前最先进的谱学仪器,在凝聚态物理学以及材料科学等领域的研究中占据重要地位.近年来,尽管越来越多的角分辨光电子能谱进入国内高校和科研院所,但角分辨光电子能谱价格高昂,结构复杂,因而很少将其应用于本科生教学的探索和实践.探讨了角分辨光电子能谱应用于本科生物理学教学实践的必要性和可行性,并讨论了具体的教学内容设计和实施,包括以物理学最新科研成果为课堂导入,开展材料电子能带结构的实验测试原理讲解、单晶的生长和单晶样品的展示,参观实验室和参与实验,激发本科生对物理学知识的学习热情和渴望,促使学生构筑清晰的物理学图像,提升对固体物理学知识的理解.     

高温超导体的电子结构研究

高温超导的机理是凝聚态物理研究中的一个核心问题。为了揭示超导如何发生,一个直接的手段就是观测高温超导材料内部电子结构的演变。本文主要综述运用角分辨光电子能谱(ARPES)及共振X-射线散射对铜氧化物高温超导体及铁基超导体展开的研究。重点介绍对铜氧化物高温超导体Bi_2Sr_2CaCu_2O_(8+δ),YBa_2Cu_3O_(7-x)/La_(0.7)Ca_(0.3)MnO_3异质结以及SrTiO_3衬底上生长的FeSe薄膜的研究。最后作者对高温超导电子结构研究的现状进行了总结与展望。     

高温超导体超导态的场致发射

高温超导体处在临界温度以下时，能隙会引起体内电子分布的改变。本文在考虑到能隙对体内电子分布影响时，分析了高温超导体的场致发射电流密度和场致发射电子能谱。     

光电子谱中高温超导体能隙的确定

本文计算了高温超导体在20K 和液氮温度时费米面附近的光电子谱形,给出了能隙与谱参数及仪器分辨率之间的关系.结果表明,能隙不等于费米能级到峰位或谱线斜率最大处的距离,而位于两者之间.     

临界温度左右高温超导体场发射电子能谱研究

本文研究了临界温度以上电场穿透发射体表面对高温超导体的场致发射电子能谱随温度变化的影响和临界温度以下能隙对场发射电子能谱影响的情况．并对理论计算的结果与实验结论做了比较．     

重费米子化合物 CemMnIn3m+2n(m = 1, 2, 3; n = 0, 1, 2; M = Co,Rh,Ir,Pt 及Pd) 的角分辨光电子能谱研究

重费米子材料以其新奇多变的宏观性质,复杂而难以理解的微观物理过程而受到广泛的关注,长期是凝聚态物理研究的重点。角分辨光电子能谱作为一种能够直接探测材料电子结构的实验手段,随着近年来实验技术的高度发展,能量和动量分辨率得到了极大的提高,能够有力地探测到强关联材料中更加精细的电子结构。使用角分辨光电子能谱探测重费米子材料的电子结构,为理解其各种物理过程提供强有力的实验证据,进而推进重费米子理论的发展。本文回顾 Ce 基重费米子材料 CemMnIn3m+2n (m = 1; 2; 3;n = 0; 1; 2;M =Co, Rh, Ir, Pt, Pd) 系列化合物的角分辨光电子能谱研究,包括电子结构的维度、近藤共振、f 电子与导带电子的杂化和电子结构随温度的变化等。     

同步辐射角积分光电子能谱实验及数据的归一化和处理

实验研究凝聚态物质及薄膜电子结构的方法中,光电子能谱实验方法是一个重要的手段之一.光电子能谱实验数据的获取并对其进行适当的数据处理是获得所研究物质电子结构方面的本征信息所必不可少的过程.本文讨论角积分条件的光电子能谱实验模式和在能量分布曲线模式下获得的同步光光电子能谱实验数据的进一步处理问题.     

Bi2Sr2-xLaxCaCu2Oy体系电子结构的光电子能谱研究

Bi系铜氧化物超导体具有双Bi-O层结构,带结构理论计算显示,除Cu-O面参与金属导电外,Bi-O层的Bi6p-O2p带也穿过了费米能,对费米面有贡献.因此,有必要对Bi-O层的作用进行实验研究.本文用X-射线光电子能谱研究了Bi2Sr2-xLaxCaCu2Oy体系中La原子的占位及Bi和Cu原子的价态变化.分析表明,La主要替代了Sr位(位于Bi-O层和Cu-O层之间)的Sr,随着La的搀杂,Bi的平均价态上升,Cu的平均价态下降.     

物理新闻与动态

角分辨光发射谱实验证实MgB2 中的多能隙　　对MgB2 超导机理的理解关键在于其超导能隙的性质(详见《物理》 ,2 0 0 3,32 :32 5 ) .比热、光发射谱、隧穿谱和拉曼谱等实验已经提示 :在MgB2 中存在两种类型的超导能隙 ,这一点既不同于传统超导体 ,也不同于铜氧化物高温超导体 .不幸的是 ,上述实验不可能区分超导电子的动量 ,因此只能提供在整个动量空间的平均信息 .另一方面 ,能带计算给出了能隙对晶体波矢k的详细依赖关系 .从这个意义上讲 ,实验测定能隙在布里渊区内的分布 ,对验证理论和理解MgB2 中的超导机制具有重要意义 .按照Choi(…     

2008-2009年度胡刚复、饶毓泰、叶企孙、吴有训、王淦昌、谢希德、周培源物理奖获奖者获奖成果介绍

1 胡刚复物理奖获奖者周兴江 中国科学院物理研究所周兴江研究员领导的研究组与其他研究组合作,研制出了世界上第一台超高能量分辨率真空紫外激光角分辨光电子能谱仪,其主要技术指标国际领先.该项目从设计、安装到调试等都由该研制团队独立完成,并采用了我国具有自主知识产权和国内国外专利的KBBF非线性光学晶体和棱镜耦合技术.真空紫外激光是在传统的同步辐射光源和气体放电光源之外,应用于角分辨光电子能谱技术的新的第三种光源.