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.     

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.     

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.     

电子型超导体Sm1.85Ce0.15CuO4单晶的赝能隙行为研究

测量了在O2中退火不同时间的Sm1.85Ce0.15CuO4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148K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ST和ρT曲线在200K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,由电子型转变为空穴型 关键词： 电子型超导体 热电势 赝能隙     

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     

在铁基超导体中观察到绝缘体-超导体转变

铜氧化合物高温超导体的母体普遍认为是反铁磁的Mott绝缘体,超导电性的产生是通过掺杂引入载流子,压制反铁磁态导致的绝缘体-超导体转变而实现的。与铜氧化合物高温超导体不同,铁基超导体的母体虽然也大多具有反铁磁结构,但却表现为导电性较差的金属特性。因此,关于铁基超导体中电子关联的强弱以及Mott绝缘体图像是否仍然适用于铁基超导体,一直存在着争议。中国科学     

关于高T_c氧化物超导体的能隙及其超导态下残余电子比热问题

本文讨论了自由载流子负 U 中心相互作用机制下高 T_c 氧化物超导体的能隙和超导态下极低温时残余线性电子比热项的问题。对 La-Sr-Cu-O 和 Y-Ba-Cu-O 两个系统所得的能隙的数值计算结果分别为2△(0)/k_BT_c=4.00和4.22;两系统的超导态下极低温时残余线性电子比热项的电子比热系数分别为 C_1=2.25和3.04 mJ/mol·K^2.这些数值计算结果与实验数据比较大体一致.     

铜氧化物超导体两能隙问题的电子拉曼散射理论研究

电子拉曼实验表明在空穴型掺杂的铜氧化物超导体中存在两能隙行为,即在欠掺杂区,随着掺杂浓度的降低,一个能隙逐渐增大而且在超导转变温度以上仍然存在,而另一个能隙逐渐减小且在DDW态依然存在.解释两能隙行为非常重要因为它与赝能隙的机理密切相关.本文计算了超导序和d-density-wave(DDW)序竞争机理下相图上不同区域的电子拉曼谱,发现欠掺杂区能隙表现出两能隙行为,与实验一致.特别地,本文发现B_1g峰对应能量由超导和DDW序共同决定,且随着掺杂浓度的降低而增大,在D 关键词： 两能隙 电子拉曼散射 竞争序     

多层黑磷中厚度和应力依赖的能隙变化研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了单层及多层黑磷晶体的能隙随层数和外加应力的变化.计算结果表明,体系能隙随着层数的增加而减小,当层数增加到10时,二维黑磷的能隙非常接近于其体材料值.层间的相互作用导致的能带劈裂是能隙减小的直接原因.应力对10层黑磷电子结构的影响也被研究.计算表明,压缩应力可以使10层黑磷从半导体转变为金属,而拉伸应力仅对能隙大小产生影响.     

多层黑磷中厚度和应力依赖的能隙变化研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了单层及多层黑磷晶体的能隙随层数和外加应力的变化.计算结果表明,体系能隙随着层数的增加而减小,当层数增加到10时,二维黑磷的能隙非常接近于其体材料值.层间的相互作用导致的能带劈裂是能隙减小的直接原因.应力对10层黑磷电子结构的影响也被研究.计算表明,压缩应力可以使10层黑磷从半导体转变为金属,而拉伸应力仅对能隙大小产生影响.     

神奇的超导

电阻起源于载流子(电子或空穴)在材料中运动过程中受到的各种各样的阻尼.按照材料的常温电阻率从大到小可以分为绝缘体、半导体和导体.绝大部分金属都是良导体,他们在室温下的电阻率非常小但不为零,在10^-12 mΩ·cm量级附近.自然界是否存在电阻为零的材料呢？答案是肯定的,这就是超导体.当把超导材料降到某个特定温度以下的时候,将进入超导态,这时电阻将突降为零(图1),同时所有外磁场磁力线将被排出超导体外,导致体内磁感应强度为零,即同时出现零电阻态和完全抗磁性.超导态开始出现的温度一般称为超导临界温度,表示为T_c.微观上来说,当超导材料处于超导临界温度之下时,材料中费米面附近的电子将通过相互作用媒介而两两配对,这些电子对将同时处于稳定的低能组态,叫“凝聚体”.在外加电场驱动下,所有电子对整体能够步调一致地运动,因此超导又属于宏观量子凝聚现象.对于零电阻态,实验上已经证实超导材料的电阻率小于10^-23 mΩ·cm,在实验精度允许范围内已经可以认为是零.如果将超导体做成环状并感应产生电流,电流将在环中流动不止且几乎不衰减.超导体的完全抗磁性并不依赖于超导体降温和加场的次序,也称为迈斯纳(Meissner)效应.一个材料是否为超导体,零电阻态和完全抗磁性是必须同时具有的两个独立特征.     

钠钴氧超导体的核磁共振研究

文章介绍了利用核磁共振法对含水钠钴氧超导体研究的结果.实验表明,钠钴氧超导体的能隙函数存在线状节点,自旋单态配对.反铁磁自旋关联对超导的发生起重要作用.加水的主要效应是除了增加结晶结构的二维性外,还引发了反铁磁自旋关联.     

百年超导,魅力不减

超导电性发现已有百年了,它已经成为物理学中的一个重要分支,与超导有关的诺贝尔奖已经授予了5次.超导电性的应用也已在许多方面发挥着不可替代的作用.100年虽然已经过去,但人们对超导研究的兴趣依然未减.例如,虽然很多一流的物理学家都在努力,但铜氧化合物超导体以及新发现的     

界面超导新进展:外延于SrTiO_3衬底上的单层FeSe薄膜的超导转变温度超过40K

<正>界面超导概念的起源可追溯至50多年前物理学家对二维超导的研究。1968年,首次在实验上观测到界面增强超导现象,即当Al与Cu或者Sn混杂形成超晶格时,其超导转变温度提高接近1 K[1]。在1986年和2008年发现的铜基[2]和铁基[3]两大类高温超导体系都具有层状三明治结构,形成库珀对的载流子来源于氧化物电荷库层的掺杂。不仅铜基和铁基两大类高温超导体系,     

二维拓扑材料的新进展——纯平锡烯中存在大的拓扑能隙

近年来,得益于拓扑物理理论和二维材料制备的迅速发展,以量子自旋霍尔绝缘体为代表的二维拓扑材料的研究受到热切关注^[1,2]。早在2005年前后,理论表明在二维材料体系如石墨烯^[3]和HgTe量子阱体系^[4]中由于自旋轨道耦合作用而存在拓扑量子自旋霍尔效应。然而石墨烯中的碳是轻元素,自旋轨道作用非常微弱,所以其拓扑能隙太小。HgTe由于由重元素组成,自旋轨道耦合作用较强,其拓扑量子自旋霍尔态在2007年的实验中得到验证^[5],但仍需在很低的温度下才能得以实现。人们期望能在更高温度乃至室温下工作的具有更大拓扑能隙的量子自旋霍尔体系的发现。     

手征对称性动力学破缺和铜氧化物超导体相变的三维量子电动力学研究

利用三维量子电动力学理论中的Dyson-Schwinger方程方法, 研究了零温情况下平面铜氧化合物超导体的反铁磁相和d波超导相之间的相变. 通过在朗道规范下近似解析求解和数值求解完全耦合的Dyson-Schwinger方程、并将所得结果与1/N展开方法的结果相比较, 发现在半填充准费密子味道数约小于等于4的情况下, 通过手征对称性自发破缺, d波超导相可以演化到反铁磁相, 并且反铁磁相有可能与d波超导相共存. 通过进一步比较不同相的压强, 还说明反铁磁与d波超导共存相为稳定相, 从而反铁磁相确实可以与d波超导相共存.     

自旋-Peierls化合物GeCuO3电子结构的第一性原理研究

采用平面波赝势方法对自旋-Peierls化合物GecuO3的电子结构进行了第一性原理研究.计算结果表明:Cu2 的3d轨道自由度被冻结,未配对电子填充dx2-y2轨道.自旋向上和向下的x2-y2轨道间的交换劈裂导致了体系的绝缘性.费米能级附近的Cu 3d态与0(2)2p态存在很强的杂化作用,GeCuO3属于共价绝缘体.这种强共价性使得Cu2 的自旋磁矩偏离理想值,并且使得体系在Cu-O(2)-Cu键角接近90°情况下形成稳定的一维反铁磁(AFM)有序.计算得到GeCuO3不同自旋态的总能量,采用Noodleman的对称性破缺方法拟合出的自旋交换耦合常数表明GeCuO3沿c轴的一维AFM作用非常强,这是导致该体系在低温发生自旋一Peierls相变的根本原因.