高温超导体中的赝隙与超导位相涨落

高温超导体赝隙态与超导态之间的关系一直是研究的焦点.交流电导和能斯特（Nernst）效应测量相继探测到超导转变温度Tc0以上温区一定范围内存在磁通涡旋激发,利用力矩技术的磁化率测量则探测到超导涨落引起的弱抗磁性.这些发现都支持了高温超导体赝隙相中存在有限的超导序参量振幅和强烈的位相涨落的图像,说明Tc0处的相变是由库珀对之间长程位相关联的消失所驱动的.文章首先简短地介绍高温超导体的电子态相图和赝隙态,以及能斯特效应的原理和测量方法,然后对能斯特效应的测量结果作一评述性介绍,还讨论了相关的理论模型.     

铁基高温超导体的超导能隙和自旋涨落：核磁共振研究

文章介绍了利用核磁共振法对铁基高温超导体的研究结果.笔者研究组断定铁基超导是自旋单态配对,并首先发现超导多能隙的存在.正常态的反铁磁自旋涨落在自旋空间是各向异性的,它与超导的关系,是人们关心的热点之一.     

铁基高温超导体的超导能隙和自旋涨落:核磁共振研究

文章介绍了利用核磁共振法对铁基高温超导体的研究结果.笔者研究组断定铁基超导是自旋单态配对,并首先发现超导多能隙的存在.正常态的反铁磁自旋涨落在自旋空间是各向异性的,它与超导的关系,是人们关心的热点之一.     

高温超导体赝隙金属态下的霍尔效应

本文从自由载流子（双极化子的双成分模型出发，在考虑到赝隙随温度变化带来的影响之后，从理论上得出了在特定的掺杂度下霍尔系数对温度的依赖关系．导致霍尔系数随温度变化的因素主要有两个，一个是赝隙的存在导致态密度随温度的变化，另一个是双极化子的分解引起自由载流子的密度随温度的变化．通过对ＨｇＢａ２ＣａＣｕ２Ｏ６＋δ和Ｌａ１．８Ｓｒ０．２ＣｕＯ４的霍尔系数的理论值与实验值的比较发现，对于大于Ｔｃ的任何温度，理论与实验都能定量符合     

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     

高Tc氧化物超导体涨落效应的研究及对相干长度和能隙的讨论

测量了Bi_(1.6)Pb_(0.4)Sr_2Ca_2Cu_3O_y 多晶大样品及 Y_1Ba_2Cu_3O_(7-δ)单晶薄膜超导体的涨落电导随温度的变化,从而定出了相干长度ξ.又从ξ及费米速度 v_F、临界温度 T_c 估算了(Δ2/k_BT_c)(Δ为能隙),与文献中直接测能隙得的数值比较接近.此外,我们还用 Aslamazov-Larkin 涨落理论计算的曲线与 BiSrCaCuO 的实验曲线进行比对,符合较好.     

高温超导体中的正常态能隙

简介了有关弱掺杂高温超导体正常态中的能隙或赝隙研究的情况，扼要评述了近一个来高温超导电性基础研究的一些进展，包括与高温超导相关的一些新材料和新现象。     

赝能隙导致的YBa2(Cu1-xMx)3O7-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Y123相体系-YBa2(Cu1-xCox)3O7-δ(x=0.01,0.02)和YBa2(Cu1-yZny)3O7-δ(y=0.005,0.010)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Y123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225K.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T 0,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T 0),可能分别源于电子电荷和自旋通道上的赝能隙的打开,预示着电荷和自旋自由度分别进入某种基态.     

高温超导体的核磁共振研究

文章回顾了用核磁共振技术研究高温超导体的进展,着重介绍了局域电荷分布、d波超导能隙以及赝能隙的性质.除了CuO2面上空穴密度总数,Cu和O轨道上面空穴数的分布是决定Tc的重要参数.转变温度Tc取决于自旋晶格弛豫率,奈特位移可以显示出d波配对,而d波配对使得准粒子可以从涡线中心 “漏”到外面.超导能隙函数里存在节点,这也是非磁性杂质以及晶体无序会导致Tc明显降低的原因.高温超导体零温正常态在45T的强磁场下变成“费米弧”金属态,这说明赝能隙态和超导态共存于高温超导物质中.     

赝能隙导致的YBa2(Cu1－xMx)3O7-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Y123相体系-YBa2(Cu1-xCox)3O7-δ(x=001,002)和YBa2(Cu1-yZny)3O7-δ(y=0005,0010)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Y123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225K.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, 关键词： 赝能隙 Y123相 Hall效应     

The vortex-like excitations detected by Nernst signals in high-Tc superconductors

The nature of the pseudogap state and its relation to the d-wave superconductivity in high-T _c superconductors is still an open issue. The vortex-like excitations detected by the Nernst effect measurements exist in a certain temperature range above superconducting transition temperature T _c, which strongly support that the pseudogap phase is characterized by finite pairing amplitude with strong phase fluctuations and imply that the phase transition at T _c is driven by the loss of long-range phase coherence. We first briefly introduce the electronic phase diagram and pseudogap state of high-T _c superconductors, and then review the results of Nernst effect for different high-T _c superconductors. Related theoretical models are also discussed.     

Spin fluctuations and unconventional superconducting pairing in iron-based superconductors

In this article, we review the recent theoretical works on the spin fluctuations and superconductivity in iron-based superconductors. Using the fluctuation exchange approximation and multi-orbital tight-binding models, we study the char- acteristics of the spin fluctuations and the symmetries of the superconducting gaps for different iron-based superconductors. We explore the systems with both electron-like and hole-like Fermi surfaces （FS） and the systems with only the electron-like FS. We argue that the spin-fluctuation theories are successful in explaining at least the essential part of the problems, indicating that the spin fluctuation is the common origin of superconductivity in iron-based superconductors.     

Essence of Pseudogap and Oscillation in High-Temperature Cuprate Superconductor Junction of Pseudogap State

This paper gives methods to calculate the pairing temperature T*,at which a pseudogap is opened,and the superconducting temperature Tc,at which superconductivity appears,in the high-Tc cuprates,and demonstrates directly that at Tc ＜ T ＜ T* the pseudogap is the gap of Cooper pair without long-range phase coherence,and at T ＜ Tc there is long-range phase coherence between Cooper pairs.Based on the above clear physical picture on the pseudogap state and our mechanism for the ac Josephson effect,this paper proposes that there should be a novel oscillatory current in P-I-P junction,induced by a constant bias on the junction.Here,P represents the high-Tc curates in the pseudogap state,where Cooper pairs do not have long-range phase coherence,and I represents the thin insulating barrier.This paper conjectures that there is a possible high-temperature superconductivity in the heavily underdoped high-Tc cuprates.     

高温超导体组合薄膜和相图表征高通量方法

铜氧化物超导体和铁基高温超导体是已知的两类高温超导体,研究高温超导机理是如今超导领域最具有挑战性的前沿课题.构建高温超导的高维精确相图、寻找决定超导转变温度的关键物理量可以为高温超导机理做好实验铺垫.对于铜氧化物高温超导体,多种自由度的相互关联与耦合使其相图呈现出复杂性与多样性.现有的研究方法在构建高维“全息”相图及获取定量化物理规律等方面面临着难以克服的困难,而材料的高通量制备与表征技术可以在相图空间实现参量的线扫描甚至面扫描,有望快速建立可靠的高温超导高维相图和高温超导关键参量数据库,并从中提取重要的统计物理规律.本文从阳离子掺杂、母体氧掺杂、双电层晶体管(静电场/电化学)、磁场等几个调控维度,回顾了主要基于输运手段获得的铜氧化物电子态相图,介绍了基于脉冲激光沉积技术和分子束外延技术的组合薄膜生长方法以及与之匹配的跨尺度选区输运测量技术,展示了高通量技术在高温超导研究中的初步应用.高通量实验技术与超导研究结合,逐步形成了新兴的高通量超导研究范式,将在构建高维精确相图、突破高温超导机理、推进超导材料实用化等方面发挥不可替代的作用.     

Study of Pseudogap in Underdoped Cuprate

A mean-field spin-density wave (SDW) analysis of pseudogap in the underdoped cuprates is proposed on the dependence of the energy gap which mimics the pseudogap near (π, 0) point at least. It implies that the pseudogap structure near (π, 0) is not sensitive to the long-range order and will survive leading to the pseudogap phenomenon in the underdoped metallic phase. On the other hand, in the long-range ordering antiferromagnetic region, the mean-field SDW theory holds and the pseudogap structure predicated by the theory should be observable experimentallyv. Then one prediction is that the pseudogap would smoothly extrapolate between itinerant antiferromagnetic phase and underdoped metallic phase.     

无序超导体磁通运动的两次退钉扎效应和重新进入超导相

考虑平面内和不同平面磁通之间的相互作用力，计算了无序各向异性超导体中磁通运动的平均速度、微分电阻随驱动力F_l的变化规律，用层间关联函数C_z的值来判断2D塑性流动和3D关联流动的运动图像.观察到随着外驱动力的增大微分电阻出现两个尖峰，它对应着磁通运动存在两次退钉扎现象.在一定层间耦合条件下，在微分电阻双峰之间，可观察到重新进入微分电阻为零的钉扎相.这与最近实验上新发现的无序弱钉扎超导体有重新进入超导相的巨大峰值效应相吻合.同时，也可发现随着驱动电流的增大，磁通运动出现由2D塑性流动到3D弹性流动的相变，这一维度的变化对应着微分电阻dV/dI曲线中的二次峰位置. 并证明当层间耦合(即代表磁场的大小)在一定范围时，3D-2D相变对应的临界电流随磁场的增大而增大, 反映了第二磁化峰附近的磁通格子软硬度改变的微观图像. 关键词： 第Ⅱ类超导体 磁通线格子 钉扎 峰值效应     

Strong pairing fluctuations and lattice anomalies in the pseudogap phase of the cuprates

Abstract

The pseudogap state in underdoped cuprates shows many very anomalous features. Among them are an extended temperature region of pairing fluctuations above the superconducting transition temperature and an unusual giant phonon anomaly in the same temperature and hole density range. A recent theoretical proposal that ascribes these anomalies to the presence of strong phase fluctuations related to a Leggett mode, is summarised.     

利用单轴压强下的电阻变化研究铁基超导体中的向列涨落

铁基超导体中普遍存在着反铁磁、超导和向列相,因此研究向列相的性质及其与反铁磁、超导的关系对于理解铁基超导体的低能物理及高温超导电性具有非常重要的作用.所谓向列相是指电子态自发破缺了晶格的面内四重旋转对称性而形成的有序态,从而导致样品的某些物理性质出现了两重的各向异性.我们通过自主研发的单轴压强装置,可以在低温下原位改变压强,测量电阻的变化,从而得到向列极化率.本文介绍了我们利用该装置在最近几年研究铁基超导体的向列相和向列涨落所取得的一些成果,包括详细研究了BaFe_(2-x)Ni_xAs_2体系中的向列量子临界点及其量子临界涨落,并提出了基于向列涨落强弱调节的铁基超导体统一相图.这些结果表明,向列相及其涨落与反铁磁和超导均有很强的耦合,对于理解铁基超导体中磁性和超导电性非常关键.