铜超导体中赝隙区的性质是什么?

时间:2021-03-28 08:36:37   作者:
铜基高温超导体中的赝隙区是这些材料相图的重要组成部分。它可能是理解高温超导机理的关键。近30年来,人们通过实验、理论和数值方法对其进行了广泛的研究,但至今仍未完全理解。这些材料的超导性被认为起源于氧化铜面。

高温超导体铜的母体化合物是电绝缘体,具有反铁磁(AF)基态。这种状态在理论上由莫特绝缘体描述。在莫特绝缘体中,每个轨道只有一个电子,而泡利不相容原理允许有两个。两个电子之间的强静电斥力阻止了轨道的双重占用。氧化铜平面相邻轨道上的电子自旋排列方向相反,从而形成AF量子基态。在纯二维晶格中,反铁磁阶只能在0 K时存在,有限温度下的热波动太大,反铁磁阶无法存在。在铜合金的情况下,由于相邻铜氧化物平面之间的耦合,AF顺序在有限温度下仍然存在。

由于母体化合物是通过添加电子受体杂质掺杂空穴。例如,在氧化镧铜中,杂质原子是取代镧原子的钡。随着掺杂密度的增加,Mott绝缘子熔化,AF阶消失,最终在较高的掺杂密度下(高于液氮沸点的77 K)出现超导现象。在相图中掺杂密度小于最佳的区域,出现了一种新的相,称为赝隙。

赝隙区是一个非常有趣和神秘的区域,因为它掌握了高温超导之谜的关键。人们甚至可以称之为超导的阴影。在赝隙区存在库珀对空穴,但这些空穴并不相干,因此它们不经历玻色爱因斯坦凝聚形成库珀对的超流体。正是这种凝结物携带着零电阻率的电流。在伪间隙区存在库珀对是非常神秘的,因为这些对的键强度约为1000k。因此,如果能了解这些空穴对的起源,人们不仅可以洞悉超导区库柏对及其凝聚,而且也可以实现一个世纪之久的室温超导梦想。
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