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中国科学院物理研究所 SC7组供稿 第53期 2013年09月30日
北京凝聚态物理国家实验室
铜氧化合高温超导体中的绝缘体-超导体转变研究取得重要进展

    铜氧化物高温超导体的母体是反铁磁莫特绝缘体, 高温超导电性的产生通过掺杂适当数量的载流子得以实现。介于母体和超导体之间,存在一个特殊而重要的过渡区,即所谓的重欠掺杂区域。在这个特定的区域, 少量的载流子掺杂使得三维反铁磁长程序被迅速压制,并且发生绝缘体-金属/超导体转变。这个区域的电子结构研究,对理解反铁磁莫特绝缘体如何能够演变成为d波超导体、赝能隙的起源以及它和超导能隙的关系,以及超导电性产生的起源等问题具有重要意义。长期以来,对这个区域一直缺乏系统的角分辨光电子能谱研究。 
   中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室()超导国家重点实验室SC7组周兴江研究员和博士生彭莹莹等,与台湾中研院的李定国教授合作,利用自主研制的真空紫外激光角分辨光电子能谱仪,对高温超导体La-Bi2201体系在重欠掺杂区域的电子结构开展了系统和深入的研究,获得了重要结果。首先,他们生长了高质量的La-Bi2201单晶样品,通过细致的掺杂和退火处理,获得重欠掺杂区域一系列载流子浓度的La-Bi2201样品。通过输运性质测量,发现绝缘体-超导体转变发生在载流子浓度P~0.1附近(图1)。随后,通过高分辨激光角分辨光电子能谱测量,他们研究了费米面随载流子浓度的变化,发现在载流子浓度小于0.10的重欠掺杂La-Bi2201样品中,节点方向存在能隙,导致整个“费米面”都存在能隙(图2)。随着载流子浓度增加,在临界载流子浓度P~0.1,节点区域能隙关闭。在重欠掺杂La-Bi2201样品的光电子能谱中,观察到相干峰和宽鼓包的共存(图3)。温度变化测量表明,节点能隙在比较高的温度下仍然存在(图4)。详细的动量变化测量表明,重欠掺杂区域样品中的能隙具有各向异性,符合节点方向能隙加上类似d波的形式(图5)。 
    以上结果确认在重欠掺杂La-Bi2201体系中,位于载流子浓度P~0.10附近, 存在一个绝缘体超导体转变。节点能隙逐渐变为零,三维长程反铁磁Néel温度逐渐变为零,超导电性显示(图5i)等现象都发生在这个特定的载流子浓度P~0.10,揭示了节点能隙、反铁磁有序与高温超导的紧密关系。这些结果指出了结合电子关联效应和反铁磁相互作用,对理解重欠掺杂区域和欠掺杂区域电子结构和物性的重要性。该研究结果发表在近期的《自然-通讯》杂志上【Nature Communications 4, 2459 (2013)】。此项工作得到了国家自然科学基金和科技部973计划的支持。 
    相关工作链接:http://www.nature.com/ncomms/2013/130920/ncomms3459/full/ncomms3459.html 

    

  1La-Bi2201系列掺杂样品的电阻测量和磁测量结果。


 2:重欠掺杂La-Bi2201样品中观测到节点能隙。 

  3:重欠掺杂La-Bi2201样品中节点能隙随载流子浓度的变化。 

  4:节点能隙随温度的变化。 

  5:能隙随动量的变化以及随载流子浓度的演变。 

 

 

下载附件>> 53 YYPeng_PublsihedForm_ncomms3459.pdf
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