1.典型的铜氧化合物高温超导体

目前已经发现50多种晶体结构不同的铜氧化合物高温超导材料(表1)。

表1
2.铜氧化合物晶体结构
铜氧化合物高温超导体都含有CuO2 面,并都具有层状结构(图1)。沿垂直CuO2面方向,CuO2面与不同类型“隔离层”的排列组合形成众多不同结构的铜氧化合物高温超导体。CuO2 面之间的隔离层,可作为载流子库对CuO2面提供载流子。


图1
3.铜氧化合物电子相图
铜氧化合物未掺杂的母体是反铁磁绝缘体,当掺杂一定量的载流子(电子或者空穴)时,产生超导。超导温度先随着掺杂浓度的增加而升高,达到最大值(最佳掺杂),然后随着载流子浓度的进一步增加,转变温度反而降低(图2)。

图2
4.铜氧化合物的奇异物性
奇异正常态

1)成功描述传统金属的朗道费米液体理论不适用于铜氧化合物高温超导体的正常态;
2)赝能隙的存在:传统超导体的超导能隙只在超导转变温度以下打开,而对欠掺杂的高温超导体却发现超导温度以上已经有能隙打开。

非常规超导态
1)高超导临界温度:BCS理论预言超导体转变温度不可能超过40K,而铜氧化合物高温超导体的转变温度达到了135K(在高压下达到160K);
2)d波配对:传统超导体的超导能隙具有各向同性s波对称,而铜氧化合物高温超导体的超导能隙具有强烈各向异性的d波对称(图3)。

图3 铜氧化合物高温超导体的超导能隙d波对称

4.角分辨光电子能谱对铜氧化合物高温超导体电子结构的研究
1)高温超导体中观察到一种新的电子耦合模式
利用真空紫外激光角分辨光电子能谱仪具有的超高分辨率的独特优势,和其它组合作,我们在高温超导体Bi2212中,观察到了两个新的电子结构特征。这两个新的结构,难以用已有的电子耦合模式(电子――声子耦合或电子――磁振子耦合)来解释, 这表明在高温超导体中可能存在一种新的电子耦合方式。进一步实验表明,这两个新结构是在材料进入超导状态后产生的, 因此它们可能和超导电性密切相关。 相关结果发表在2008年3月14日的Physical Review Letters 100, 107002 (2008), 并被选为当期的“编辑提示”论文。

图4
2)真空紫外激光角分辨光电子能谱对铜氧化物高温超导体中高能扭折和高能色散起源的新认识 通过与其它组合作,我们利用自主研制的真空紫外激光角分辨光电子能谱仪具有的超高分辨率的独特优势,通过详细的动量变化关系的测量,并结合完整的数据分析方法,对高温超导体Bi2212中的高能扭折和高能色散提出了新的认识。结果表明,铜氧化物的高能色散不可能代表电子的真正裸能带的回复,高能扭折不可能是由于电子和高能元激发耦合产生的, 并提出高能色散可能并不代表本征的能带结构。 相关结果发表在2008年7月4日的Physical Review Letters 101, 017002 (2008)

图5

已发表铜氧化合物相关文献:
01. Wentao Zhang, Guodong Liu, Jianqiao Meng, Lin Zhao, Haiyun Liu, Xiaoli Dong, Wei Lu, J. S. Wen, Z. J. Xu, G. D. Gu, T. Sasagawa, Guiling Wang, Yong Zhu, Hongbo Zhang,Yong Zhou, Xiaoyang Wang, Zhongxian Zhao, Chuangtian Chen, Zuyan Xu and X. J. Zhou, “High Energy Dispersions in Bi_2Sr_2CaCu_2O_8 High Temperature Superconductor by Laser-Based Angle-Resolved Photoemission”, Phys. Rev. Lett. 101 (2008) 017002.
02. Wentao Zhang, Guodong Liu, Lin Zhao, Haiyun Liu, Jianqiao Meng, Xiaoli Dong, Wei Lu, J. S. Wen, Z. J. Xu, G. D. Gu, T. Sasagawa, Guiling Wang, Yong Zhu, Hongbo Zhang,Yong Zhou, Xiaoyang Wang, Zhongxian Zhao, Chuangtian Chen, Zuyan Xu and X. J. Zhou, “Identification of a New Form of Electron Coupling in Bi_2Sr_2CaCu_2O_8 Superconductor by Laser-Based Angle-Resolved Photoemission”, Phys. Rev. Lett. 100 (2008) 107002.