中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：銅氧化物高溫超導(dǎo)體中的多體相互作用的研究，尤其是電子與玻色子之間的耦合，對(duì)理解高溫超導(dǎo)電性和奇異“正常態(tài)”性質(zhì)的產(chǎn)生具有重要意義。其中最著名的莫過于沿節(jié)點(diǎn)方向~70meV能帶扭折(Kink)和在反節(jié)點(diǎn)區(qū)域~40meV能帶扭折的發(fā)現(xiàn)。對(duì)節(jié)點(diǎn)和反節(jié)點(diǎn)能帶扭折的起源(磁起源，聲子起源等) 已有眾多的工作進(jìn)行了探索，但還沒有達(dá)成共識(shí)。此外，另一個(gè)長期存在的公開的問題，在于節(jié)點(diǎn)能帶扭折和反節(jié)點(diǎn)能帶扭折之間的關(guān)系。具體地講，就是動(dòng)量空間中節(jié)點(diǎn)方向~70meV的能帶扭折如何隨動(dòng)量演變到反節(jié)點(diǎn)區(qū)域~40meV的能帶扭折。
中科院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實(shí)驗(yàn)室（籌）超導(dǎo)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室周興江研究員和博士生何俊峰等，利用自主研制的真空紫外激光角分辨光電子能譜，對(duì)銅氧化物高溫超導(dǎo)體Bi2212中的多體效應(yīng)進(jìn)行了深入研究，取得重要進(jìn)展。借助于該激光角分辨光電子能譜儀的超高分辨率，他們第一次在過摻雜Bi2212樣品的超導(dǎo)態(tài)發(fā)現(xiàn)，~70meV和~40meV的這兩個(gè)能量尺度在很大的動(dòng)量空間上共存（圖1和圖2），修正了此前人們普遍認(rèn)為的~70meV和~40meV的能帶扭折分別局域在節(jié)點(diǎn)和反節(jié)點(diǎn)方向的情形。進(jìn)一步測量發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)能量尺度表現(xiàn)出不同的動(dòng)量依賴關(guān)系：其中一個(gè)模式（HI mode）在很大動(dòng)量空間上保持在~78meV能量尺度，而另一個(gè)模式(LW mode)的能量則從反節(jié)點(diǎn)區(qū)的~40meV逐漸增加到節(jié)點(diǎn)區(qū)的~70meV (圖2)。溫度變化測量表明，這兩個(gè)能量尺度具有不同的溫度依賴關(guān)系(圖3)。對(duì)不同摻雜樣品的測量發(fā)現(xiàn),兩個(gè)能量尺度的共存在所測量的樣品中都可以觀察到(圖4)。
此項(xiàng)研究第一次發(fā)現(xiàn)了在超導(dǎo)態(tài)兩個(gè)耦合模式在動(dòng)量空間中大范圍共存，直接從實(shí)驗(yàn)上解決了長期以來存在的有關(guān)~70meV節(jié)點(diǎn)能帶扭折如何演變到~40meV反節(jié)點(diǎn)能帶扭折的問題。同時(shí)，這兩個(gè)耦合模式的動(dòng)量依賴關(guān)系異常，不能簡單地被已有的理論所解釋，對(duì)高溫超導(dǎo)體中電子-玻色子耦合的理論研究提出了新的問題和挑戰(zhàn)。在超導(dǎo)態(tài)觀察到電子與這兩個(gè)模式的強(qiáng)烈耦合，表明在研究高溫超導(dǎo)機(jī)理時(shí)，必須考慮它們對(duì)導(dǎo)致電子配對(duì)可能發(fā)揮的重要作用。該研究結(jié)果發(fā)表在近期的《物理評(píng)論快報(bào)》上【Phys. Rev. Lett. 111 （2013）107005】。
此項(xiàng)工作得到了國家自然科學(xué)基金和科技部“973”計(jì)劃的支持。
圖1. 高溫超導(dǎo)體Bi2212超導(dǎo)態(tài)中，觀察到兩個(gè)耦合模式的共存。
圖2. 兩個(gè)耦合模式隨動(dòng)量的變化關(guān)系。
圖3. 兩個(gè)耦合模式的溫度依賴關(guān)系。
圖4. 兩個(gè)耦合模式的摻雜依賴關(guān)系。
