科學家在銅酸鹽實驗中,觀察到費米口袋,證實了理論預測!

2021-01-09 騰訊網

科學家在五層銅酸鹽實驗中觀察到了費米口袋，證實了理論，其研究成果發表在《科學》期刊上，描述了對銅酸鹽Ba2Ca4Cu5O10(FO)2的研究，以對超導電性的了解。加州大學戴維斯分校(University Of California Davis)的Inna Vishik也在同一期上發表了一篇文章，介紹了涉及銅酸鹽及其轉變溫度的超導研究背景。銅酸鹽是由它們的陰離子銅配合物定義，它們的超導材料轉變溫度也是最高的。

當然，超導體是能讓電流在沒有電阻的情況下通過材料。大多數材料必須經過處理才能成為超導材料，如冷卻。因此，當這類材料從常規導體轉變為超導體時，會有一個過渡階段。正如Vishik指出的那樣，先前的研究表明，銅酸鹽具有一些最高的轉變溫度，這使得它們成為誘人的研究目標。在過去的幾年裡，已經有相當多的研究闡明了影響超導電性的因素，但到目前為止，人們仍然不太清楚這一點。

儘管有數百種銅酸鹽可供選擇，但研究人員只研究了幾種銅酸鹽。正是出於這個原因，研究小組選擇研究一種很少或根本沒有研究的銅酸鹽，即五層銅酸鹽，Ba2Ca4Cu5O10(FO)2。這項工作涉及在莫特絕緣體中摻雜銅酸鹽，這項研究在過去被證明是具有挑戰性的。理論表明，如果在Mott絕緣體上添加少量的載流子，費米口袋應該可以觀察到。研究人員能夠克服其他研究人員由於選擇銅酸鹽而遇到的問題。

它有一個由五個氧化銅平面組成的單元電池，而不是普通的兩個，這樣當口袋變得可見時，就更容易觀察到它們，研究人員看到了其中的兩個，支持了預測他們的理論。銅氧化物材料中的超導電性是通過摻雜一種稱為Mott絕緣體的特殊相關態而出現。然而，研究向Mott絕緣體中添加少量電荷載流子(空穴或電子)時會發生什麼，在實驗上是具有挑戰性的。

研究了不尋常的銅酸鹽Ba2Ca4Cu5O10(FO)2，它在一個單元中有五個氧化銅平面，而大多數銅酸鹽有一個或兩個。在光電子發射和量子振蕩數據中都觀察到了兩個費米口袋，其中最裡面的氧化銅平面起著至關重要的作用。

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參考期刊《科學》

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