【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】近期, 中科院合肥研究院固體所計(jì)算物理與量子材料研究部鄒良劍研究員課題組通過理論計(jì)算研究了電子關(guān)聯(lián)、磁關(guān)聯(lián)及摻雜對非傳統(tǒng)超導(dǎo)體Ba2CuO4-δ基態(tài)性質(zhì)的影響和其中自旋漲落誘導(dǎo)的超導(dǎo)配對對稱性。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Physical Review B上，固體所博士生白曉成和全亞民副研究員為論文共同第一作者，鄒良劍研究員為通訊作者。
目前，已發(fā)現(xiàn)的銅基非常規(guī)超導(dǎo)體系中對超導(dǎo)有貢獻(xiàn)的均為費(fèi)米面附近的dx2-y2單個(gè)能帶。Ba2CuO3.2是非常獨(dú)特的超導(dǎo)體，其結(jié)構(gòu)類似于銅基化合物L(fēng)a2CuO4。但Ba2CuO3.2八面體配位獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)使得多條能帶對超導(dǎo)有貢獻(xiàn)，這與已有銅氧化合物的電子結(jié)構(gòu)截然不同。Ba2CuO3.2中空穴載流子高度摻雜, 其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度是73K，比摻雜的La2CuO4體系的轉(zhuǎn)變溫度高出近一倍，研究人員對此產(chǎn)生了極大的興趣。
超導(dǎo)體中兩個(gè)電子通過有效的吸引力形成了一種特殊而穩(wěn)定的電子對-庫珀對，而自旋漲落很可能是提供高溫非傳統(tǒng)超導(dǎo)體中電子配對的有效吸引力。如果庫珀對之間實(shí)現(xiàn)步調(diào)一致的相位相干就會(huì)形成超導(dǎo)態(tài)，因此超導(dǎo)體中庫珀對的配對對稱性是研究配對機(jī)制的一種重要指紋特征。目前，關(guān)于超導(dǎo)體Ba2CuO4-δ中的母體相及超導(dǎo)配對機(jī)制尚不清楚。對Ba2CuO4-δ體系中關(guān)聯(lián)效應(yīng)的研究有助于探索形成高溫超導(dǎo)的機(jī)理，發(fā)現(xiàn)更高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的材料，進(jìn)而更廣泛、低成本地應(yīng)用于醫(yī)療、電力輸運(yùn)、科學(xué)研究等領(lǐng)域。
鑒于此，研究人員基于兩軌道(d3z2-r2，dx2-y2)哈伯德模型，用旋轉(zhuǎn)不變的隸玻色子方法(RISB)研究了電子關(guān)聯(lián)、磁關(guān)聯(lián)及摻雜對非傳統(tǒng)超導(dǎo)體Ba2CuO4-δ基態(tài)性質(zhì)的影響。結(jié)果表明，如果體系處于中等關(guān)聯(lián)時(shí), 超導(dǎo)體的母體相為反鐵磁的Ba2CuO3.5，體系從順磁雙帶過渡到反鐵磁單帶體系；若體系處于強(qiáng)關(guān)聯(lián)時(shí)，會(huì)有兩個(gè)不同的反鐵磁母體相Ba2CuO3.5和Ba2CuO3(圖1)，是單帶超導(dǎo)體。結(jié)合磁能實(shí)驗(yàn), 研究人員預(yù)測Ba2CuO4-δ的電子關(guān)聯(lián)在2~3 eV之間?；谧孕凉q落誘導(dǎo)的電子配對理論, 研究人員分析了Ba2CuO3.2 中配對對稱性隨關(guān)聯(lián)及摻雜的變化，發(fā)現(xiàn)Ba2CuO3.2中s-波和d-波配對強(qiáng)度幾乎簡并，其中電子可能是s + d-波配對(圖2)。該研究首次發(fā)現(xiàn)了新型非傳統(tǒng)超導(dǎo)體Ba2CuO3.2存在能帶跨越和可能的超導(dǎo)配對對稱性，對探索更高轉(zhuǎn)變溫度的超導(dǎo)體具有啟發(fā)意義。
上述研究得到了國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、重點(diǎn)項(xiàng)目和聯(lián)合項(xiàng)目的資助。
圖1. Ba2CuO4-δ體系隨參雜變化的磁相圖：(a)U = 2 eV，(b) U = 4 eV。
圖2. 配對強(qiáng)度隨關(guān)聯(lián)U的變化，插圖為U = 2 eV時(shí), 配對強(qiáng)度隨摻雜的變化。
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