您当前位置:首页-化学知识分享-详情

为什么在铜系超导体的ARPES光谱中观察到超导节点间隙?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2021-07-27 09:04:07

自1986年发现高t_c的铜酸超导体以来,许多研究人员一直试图揭示高t_c的机理。在过去的30年里,他们发展了一种解释高T_c的方法,推导出角分辨光电发射光谱(ARPES)中,由于能隙与T_c成正比,所以在背角处的大能隙才是真正的超导能隙。超导背极间隙的大小比BCS理论预测的大得多。因此,需要一种新的超导体理论来解释高T_c。然而,对于欠掺杂晶体,除了腹点间隙外,还观察到节点间隙,如下图所示。这动摇了高t_c d波模型的根基。因此,需要明确超导节点间隙形成的原因和机理。

首先,我们定义递波对称配对具有超导差距在波腹和没有差距在k-space节点,以及改变相位波腹之间左面板(见图1),这意味着一个超电流零阻流波腹,因为金属电阻零差距造成的节点存在。这在s波对对称方面是唯一的,并被认为导致了比BCS理论预测的更高的T_c。

图1 (a-f)显示了La_{2-x}Sr_xCuO_4 (LSCO)的费米弧掺杂关系和ARPES观测到的能量分布曲线(EDC)的测量位置;这些引用自[T。吉田等。]。其中x=0.03不含T_c晶体和x=0.07不含T_c=14 K晶体的节点间隙较大,用数字“1”和黑点表示(图1d、1e和图1g)。节点间隙必须不是超导间隙,而是伪间隙,如y=6.30或y=6.35所示。在x=0.15时,存在腹线间隙,间隙各向异性如图1f和1g所示,节点超导间隙大小约为10 meV(图1f)。在T_c [T。这表明该间隙不是超导间隙(或伪间隙)。从图1(e)可以看出,在腹点处(符号红星)E_F的位置比在节点处(黑点)的位置要低,这证明了在腹点处几乎没有费米能量(正态载流子):这不能用d波模型解释(在d波模型中,E_F在腹点的位置必须高于节点的位置)。这与费米弧的结果一致(图1a和1b)。在此基础上,提出超导间隙是在节点处形成的。在节点处超导间隙的形成与d波模型中提出的腹线间隙的形成并不一致。

为什么在铜系超导体的ARPES光谱中观察到超导节点间隙?

图1左图显示了d波电子结构和k空间中费米曲面的描述。(a-c) La_{2-x}Sr_xCuO_4 (LSCO)单晶在20 K时显示费米弧的ARPES光谱。x=0.03的晶体没有T_c。当x=0.07时,T_c为14 K;当x=0.15时,T_c为39 K。(d-f)在(a-c)中每个箭头附近测量的EDC。(d-f)中的黑色竖条对应于反节EDC,表示腹隙的能量位置。(g)超导能隙的排列和间隙各向异性。在x=0.04和0.07处显示的节点间隙被视为伪间隙。

图2显示了用ARPES系统测量的欠掺杂YBCO薄膜的EDC光谱[Sassa Yasumine的博士论文,超导节点间隙明显,而在腹点处没有间隙。

为什么在铜系超导体的ARPES光谱中观察到超导节点间隙?

图2:超导节点间隙。(a) PLD制备的欠掺杂YBCO薄膜的近费米能级EF,在70 eV光子能量下的光谱强度图,其能量积分为±5 meV窗。(b, c, d)在K -pace中切割(1),(2),(3)处获得的ARPES光谱,如(a)中的线所示。在k_F和T = 10 K处的EDC为光谱中所示的切割(蓝色虚线和绿色虚线)。小的能隙显示在节点处。

图3显示了未掺杂BSCCO样品的超导节隙[Z]。图3(a)给出了T_c上下节点B处EDC曲线的相似形状。这可以解释为没有超导间隙,但在节点B的费米能级上升,由曲线B节点和曲线A腹之间的箭头表示,揭示了超导间隙的存在。在T_c下面和上面的节点B出现类似曲线的原因是这些曲线是由低分辨率ARPES系统测量的。图3b显示了约为10 meV的节点间隙。利用Gap=10 meV, T_c=89 K和Boltzman常数k_B计算得到的耦合常数b=2Gap/k_BT_c近似为b=2.6,表明BCS晶体中的配对机制符合BCS理论(b=3.5)。这就解释了库珀对中声子的贡献。

此外,我们还提到,在T_c上,对于欠掺杂BSCCO样品,在波腹处存在能隙。桥本等],该理论否认了在腹点处存在超导缺口。T_c附近节点间隙消失[T。Yoshida et, M. Hashimoto et .],这揭示了节点间隙是一个真正的间隙[Kim2]。

当存在间隙各向异性时,超导间隙存在于节点而非腹点处。当节点间隙与腹间隙大小相等时,真正的超导间隙为节点间隙,即各向同性间隙。

为什么在铜系超导体的ARPES光谱中观察到超导节点间隙?

图3:(a)在欠掺杂BSCCO晶体中测量的ARPES数据。在Tc上下B(节点)处测量的曲线形状相似。特别是在低于Tc的B处,超导间隙没有显示出来。

综上所述,由于d波赝能隙,超导能隙在节点处形成,并随着掺杂量的增加(Kim)从节点向腹节生长。对于欠掺杂晶体,节点间隙是各向同性s波间隙的前兆。铜超导体的对对称是横波的,与d波无关。高T_c归因于大的二维态密度,被认为是由电子-电子相互作用引起的有效质量[Kim]。
D相关下载
Z最新攻略更多+
热门文章更多+
近期大作更多+