高温超导体研究获得新进展

上一篇 / 下一篇  2011-06-24 02:44:51

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中科院物理所周兴江研究小组,利用超高分辨率的真空紫外激光角分辨光电子能谱,在对铜氧化物高温超导体的电子结构研究中,取得重要进展。他们在实验上不仅直接观察到费米口袋的存在,而且观察到费米口袋和费米弧的共存。相关结果发表在2009年11月19日出版的Nature上 (Jianqiao Meng et al., Nature 462(2009)335), 在超导领域引起强烈反响。
   图1. 激光角分辨光电子能谱测量的欠掺杂Bi2(Sr2-xLax)CuO6 (x=0.73, Tc=18K) 样品的费米面(图1a)和对应的能带结构(图1b-f)。 图1中的主费米面LM和费米面LP形成一个闭合的费米口袋(Fermi pocket).
     图1显示的是采用真空紫外激光角分辨光电子能谱测得的欠掺杂Bi2201高温超导体的费米面(图1a) 及相应的能带结构(图1b-f)。 图1中除了强信号的主费米面LM外,还观察到另外3个弱费米面。其中,费米面LP与主费米面LM相交,形成一个封闭的费米面--即费米口袋。通过仔细的实验和分析,可以排除LP费米面是由非本征因素引起的可能性。 而且LP的信号强度不到主费米面LM的1/20。 因此,真空紫外激光角分辨光电子能谱仪的高精度和高数据质量,对能观察到费米口袋起着重要的作用。
   图2. Bi2(Sr2-xLax)CuO6样品的费米面随掺杂的演变: (a). x=0.84, Tc=3k; (b). x=0.73, Tc=18K; (c). x=0.60, Tc=26K; (d). x=0.40, Tc=32K. 在Tc=18K(b)和26K(c)的样品中可以看到费米口袋,但在重欠掺杂的Tc=3K样品(a)和在最佳掺杂的Tc=32K样品(d)中则没有观察到费米口袋。
    费米口袋表现出特别的掺杂依赖关系。图2显示的是4种不同掺杂的Bi2201样品测得的费米面。其中前3个样品为欠掺杂样品,超导转变温度分别为3K(图2a),18K (图2b)和26K(图2c),第4个样品为最佳掺杂(图2d)。可以看出,费米口袋在最佳掺杂样品中没有出现(图2d),而在重欠掺杂的样品中也没有观察到(图2a)。费米口袋只在欠掺杂区域,适当的掺杂范围才出现 (图2b和2c)。
    图3.Bi2201超导体(Tc=18K)中费米口袋和费米弧的共存。图3a显示的是超导态的费米面。图3 b和3d则分别显示的是沿着主费米面LM和费米口袋LP上的光电子能谱曲线。图3f显示的是正常态的费米面及相应的光电子能谱曲线(图3g-j)。

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