高温超导体研究获得新进展

上一篇 / 下一篇 2011-06-24 02:44:51

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）。