高温铜氧化物超导体中费米弧和费米口袋共存

高温超导体母体欠掺杂区费米面的拓扑形状是理解高温超导体奇异物性的最基本问题,也是20多年来在理论和实验两方面一直争议不断悬而未决的重要问题.中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室(筹)周兴江研究     

运用高压技术设计和研制超导材料新体系

本文介绍运用高压技术发现的几类超导材料新体系,包括(1)顶角氧有序型(简称"顶角氧"系)、Cu12(n-1)n(简称"铜系")和Cl2(n-1)n(简称"卤系")等3类铜基超导材料体系:它们只含铜和碱土氧化物,是构成铜基超导的最简单组分;这些体系在常压的超导温度(T_c)可媲美Y123、Bi系、Hg系等组分复杂的铜基超导材料,"铜系"的T_c可高达123 K,Cl212是第1个含卤素的液氮温区超导体;"顶角氧"有序化将同结构的铜基超导材料的转变温度提高1倍以上,刷新了单层铜氧面结构铜基超导材料的Tc记录;新体系的高温载流特性名列前茅,"铜系"在液氮温区的临界电流特性优于Bi系、Hg系,与Y123相当.(2)铁基超导材料主要体系之一的"111"体系:"111"体系组分结构简单,易于揭示铁基超导核心要素.它的解离面无极性,表面和体态结果严格一致,为通过角分辨光电子能谱(ARPES)和扫描隧道显微镜(STM)等先进表征技术揭示铁基超导的本征物性提供了理想结构载体.主要成员LiFeAs具有无Fermi面嵌套的重要特征,表明Fermi面嵌套并非实现铁基超导必要条件,扭转了此前基于铁基其他体系的费米面嵌套对机理的流行认识.(3)Bi_2Te_3拓扑化合物超导体:实现无需化学掺杂引入载流子,揭示了国际上首个压力诱导的拓扑化合物超导.     

DNA电子结构和磁性研究

用自旋极化的MS-Xa方法研究了DNA碱基中折叠构型的六环N2C4原子簇的电子态密度、自旋能级劈裂及原子磁矩. 研究发现, 在系统的基态(-7.01635´10³ eV)附近, 至少还存在着4个亚稳态: -7.01626´10³, -7.01616´10³, -7.01606´10³和-7.01597´10³ eV. 它们的电子结构不尽相同, 呈现出不同的物理性质. 结果表明, 该原子簇在基态时呈现出具有弱反铁磁性的金属性质, 而在第一亚稳态时, 该原子簇呈现出具有亚铁磁性的半金属性质. 在费米面附近, 折叠构型的六环N₂C₄原子簇的电子态密度分布与某些磁性半导体的电子态密度分布非常相似.     

FeSe单晶的高压研究进展

FeSe及其衍生化合物是近年来铁基高温超导领域的研究热点.在常压下,FeSe会首先在T_s=90 K形成非磁性的电子向列序,然后在T_c≈8 K出现超导电性;对FeSe施加压力会诱导长程反铁磁序,在更高压力下实现Tc≈37 K的高温超导.澄清高温超导与正常态电子向列序和长程反铁磁序的关系对阐明高温超导机理具有重要意义.针对这一问题,利用立方六面砧高压装置对FeSe单晶开展了较详细的高压电输运性质测量,取得了重要进展.首先,绘制了FeSe单晶完整的温度-压力相图,具体展示了电子向列序、压致长程反铁磁序和超导相随压力的演化关系,观察到圆拱形的反铁磁相界T_m(P),并揭示3种电子序之间的竞争关系;对应电子向列序和反铁磁序被压制的临界压力,FeSe的超导转变温度T_c呈台阶式升高,最终在Pc≈6 GPa实现了T_c~(max)=38.5 K的高温超导.高压霍尔效应测试表明,在2 GPa附近向列序的消失和反铁磁序的出现伴随着费米面重构,正常态从电子型载流子主导转变为空穴型主导,而且霍尔系数在P_c(即T_c~(max)附近出现显著增强,表明临界反铁磁涨落对实现高温超导具有重要作用.结合第一性原理计算,进一步证实FeSe在高压下存在电子型与空穴型费米面,支持与FeA s基高温超导体系类似的费米面嵌套机制,对统一理解FeSe基和FeAs基高温超导机理提供了重要依据.     

多元FeSe基超导材料的结构与物性

对FeSe基多元超导化合物的制备、晶体结构、相分离和超导性质等进行了详细的介绍.首先,利用碱金属插层的方法,制备出了三元K_xFe_(2–y)Se_2超导体,其超导转变温度为31 K,是当时FeSe基超导体的新纪录.同时,利用高温自助溶剂方法,制备出了K_xFe_(2–y)Se_2的晶体样品,并对其晶体结构、相分离和电子结构进行了细致的研究,从其特殊的费米面构型,可以看出K_xFe_(2–y)Se_2是区别于FeAs基超导体的新型高温超导体系.其次,通过低温液相法的制备手段,获得了多种碱金属插层FeSe的高温超导体,超导转变温度为30~46 K,大幅提高了FeSe基超导体的转变温度记录.在低温和中温区制备的FeSe基超导体中,存在极少量的Fe空位,可以精确标定超导相成分和电子结构,为研究FeSe基超导体甚至Fe基高温超导体的微观机理提供重要的实验证据.     

低维高温超导的启示:键收缩与电子双重极化

经典的Bardeen-Cooper-Schrieffer(BCS)理论[1～3]认为,费米面附近的电子通过电声耦合作用形成具有玻色子特征的库珀对,即玻色-爱因斯坦凝聚.库珀对在低温条件下相互协调,实现在品格内无阻输运.虽然BCS理论能够很好地描述临界温度TC低于30K的金属或合金的常规超导行为,但是却不足以解释于198...     

BSCCO超导单晶的正电子湮没研究

一、引言 正电子是研究固体电子结构,固体缺陷和相变的灵敏探针。对超导体而言,BCS理论预言,Cooper对的形成导致k空间占据态的重新分布,从而引起费米面的模糊。理论预计费米面的模糊将使超导态的正电子寿命增加,湮没辐射Dopper展宽能谱的线形参数S下降。     

二维过渡金属硫族化合物的研究进展

二维过渡金属硫族化合物(transition metal dichalcogenides, TMDCs)是继石墨烯之后的新型范德瓦耳斯材料,由于其天然的二维特性以及强自旋轨道耦合作用(spin-orbital coupling, SOC),导致诸如金属-绝缘体转变、电荷密度波(charge density wave, CDW)、能谷电子学、非常规超导电性等新颖物理性质的出现,使得这类材料成为研究低维量子物理的又一理想平台.其中能谷电子学与拓扑超导已经成为近年来凝聚态物理前沿研究的热点方向.本文在综述TMDCs材料的结构与基本物理性质的基础上,重点介绍了最近发展的用于生长原子层厚度的TMDCs材料的熔盐辅助化学气相沉积方法、在Se掺杂的MoSexTe_(2-x)薄膜中实现的T_d相到1T′相再到2H相的结构相变与超导增强现象,以及在少层T_d-MoTe_2中发现的非对称性SOC作用引起的类伊辛超导现象.最后,展望了TMDCs材料的潜在应用与可能存在的拓扑超导.     

二维材料的新机遇

<正>随着传统半导体器件微型化达到物理极限，摩尔定律已经走到尽头，传统材料难以满足未来大数据时代日益增长的计算需求。二维材料以其独特的优势，成为有希望取代传统硅基半导体材料的候选者之一。此外，二维材料也展现出了诸如拓扑、强关联、超导等新奇的物理效应，近年来的研究还发现这些新奇物性可以被大范围、精准调控。二维材料已经成为凝聚态物理研究的绝佳平台。     

拓扑量子材料的研究进展

拓扑量子材料近年来已经成为凝聚态物理领域研究的国际前沿课题。在过去的几十年中凝聚态物理学者对量子霍尔效应进行了广泛研究,提出了一种基于拓扑序的研究范式,并且将拓扑这一数学概念与能带理论相结合,成功将其引入到固体电子材料的理论、计算与实验研究之中。拓扑材料具有奇特的表面态和低能耗的电子输运等性质,这些效应是由于拓扑量子态受到严格的对称性保护,对于普通的材料杂质、缺陷或无序具有很高的鲁棒性,并可以通过量子调控或相变改变其拓扑性质。这一新兴研究领域为未来的电子材料和器件,乃至基于量子拓扑体系与计算的信息技术创新探索提供了多种可能。对整个材料学的发展而言,拓扑概念的引入使人们对物质的研究更加深入,并且开始使用更加先进的数学工具描述新材料的属性。文章从拓扑绝缘体和拓扑半金属等材料计算科学的角度探讨拓扑量子材料的一些基本概念以及近年来国内外的研究进展。     

实现非常规拓扑量子相的弗洛凯调控方案

<正>如何在人工量子系统中实现和探索各种新奇的拓扑相是量子模拟领域的一大重要课题.作为近期备受关注的强力实验手段之一,弗洛凯调控(Floquet engineering)技术已经在超冷原子、光子、超导比特和石墨烯等系统中得到了广泛应用^[1].弗洛凯调控通过时间周期的外在驱动以达到操控系统性质的目的,     

超导研究:始终充满活力的科学前沿

<正>超导电性是指一些材料在某个温度以下电阻为零的现象.超导作为一种新奇的宏观量子现象,具有零电阻和抗磁性两个基本特性,因此超导材料有许多重要的潜在应用.自1911年被发现以来,超导研究一直是物理研究的前沿课题,对新实验技术的发展、新理论的创立以及超导的广泛应用都产生了深远的影响.不断探索新的超导材料,提高超导转变温度,一直是超导研究的一个重要方向.     

利用动态低温X射线衍射法研究高T_c超导体Y_1Ba_2Cu_3O_(7-δ)的结构和性质之间的关系

Y-Ba-Cu-O混合物是在液氮温度以上具有超导性的超导氧化物体系。关于在该体系中起超导作用物相Y_1Ba_2CuO_(7-δ)的制备、性质和结构,最近已有文献报道。这里,我们报道高临界温度(T_c)超导体Y_1Ba_2Cu_3O_(7-δ)的动态低温X射线衍射研究的结果。这种材料曾测量具有118°K的超导起始温度并在92°K达到零电阻。     

自然信息

斑马鱼Dpr2通过促进Nodal受体的降解而抑制中胚层诱导作用，量子尺寸效应导致的金属薄膜材料的奇异超导性质。     

Y123相超导体有机保护膜研究

高温超导材料在实用中要求其超导性能稳定.但是,Y系超导材料易受环境中的水汽、CO_2侵蚀而分解,生成的最终产物含有Ba(OH)_2,Y(OH)_3以及BaCO_3等碱性物质;一些超导器件(如超导微波器件)需防止器件与环境的各种接触造成表面性能恶化.因此,有必要对超导器件进行保护,与各种不良环境隔离.国外有过一些使用无机保护材料的报道,主要采用真空热蒸发沉积和酸钝化方法,可将超导材料在水中保护约数分钟到1h;文献[1]用有机保护材料浸渍超导材料,可获得在水中保护数小时的结果.本文用pH酸度计进行监测,选用有机高分子化合物作保护材料,可在水中保护40h以上.     

锑碲合金Sb2Te3的异相同质结构设计

半导体锑碲合金Sb₂Te₃是实现高性能相变存储与类脑计算的一种关键母体材料,其亚稳态立方相具有占格点高达1/6以上且随机分布的空位,具备安德森绝缘体性质.而Sb₂Te₃的稳态结构为菱方六角相,是一种典型的强拓扑绝缘体材料.但由于六角相Sb₂Te₃存在自发掺杂行为,其体相通常呈金属性而非绝缘性,从而掩盖了其拓扑非平庸的狄拉克表面态性质.本工作提出一种基于Sb₂Te₃的异相同质结构的新概念,原理上可同时利用该材料的拓扑性质与安德森绝缘性质从而实现超低损耗的电子输运.本文在分子束外延制备的六角相Sb₂Te₃薄膜中,利用透射电子显微镜中的聚焦电子束辐照驱动薄膜体相区域的六角相至立方相结构相变,并原位观察了空位无序化在其中起到的关键性作用.通过第一性原理计算,结果表明六角相Sb₂Te₃的能量随着空位层空位浓度的降低而快速上升,在空位浓度...     

铁基超导材料制备研究进展

超导现象于1911年首次被发现, 此后科学家们一直都在寻找拥有更高临界温度的超导材料, 研究重点也逐渐从金属系物质转到铜氧化物. 目前, 物理学界对高温超导机制仍未形成一致看法, 研究人员希望在铜氧化物超导材料以外再找到新的高温超导材料, 以期从新的途径来破译高温超导机理. 2008年初, 日本学者发现了临界温度可以达到26 K的新型超导材料—— LaO_1-xF_xFeAs, 这一突破性进展开启了科学界新一轮的高温超导研究热潮. 随后, 科研人员在这一体系中展开了积极的实验和理论研究. 中国科研机构, 特别是中国科学院, 迅速开展了卓有成效的研究工作, 在新一轮的高温超导研究热潮中占据了重要位置. 铁基超导材料的研究正在持续升温, 新的发现层出不穷. 本文按照体系分类, 以时间顺序, 分别对铁基超导材料的四大主要研究体系(“1111”体系、“122”体系、“111”体系和“11”体系)的具体材料制备研究进展进行了分析, 比较全面地介绍了各种铁基超导材料的合成方法及其关键物理参数.     

超导材料的电子显微结构

超导陶瓷氧化物YBa_2Cu_3O_7的出现使超导临界温度达到90K,从而使超导材料向实用化迈进了一大步。超导材料结构的研究有助于弄清超导机理,并为寻找更好的超导材料开辟道路。下面介绍中国科学院上海硅酸盐研究所在超导结构研究方面的一些成果。     

高T_c YBa_2Cu_3O_x超导体中铜的价态的荧光光谱研究

La-Ba-Cu-O复合氧化物高温超导现象的发现,引起了全世界对超导研究的强烈兴趣。大量的研究结果表明:这种高T_c超导材料的主要物相是具有钙钛矿结构的正交晶型的YBa_2Cu_3O_x。这一物相中氧的缺陷情况和铜的价态与超导性质密切相关,一般认为Cu~(2+)和Cu~(3+)同时存在。根据荧光谱的测定,在390nm处观察到一个发射峰,意味着在此超导物相中有Cu~+存在。     

超导氧化物的键参数分析

Bednorz和Müller发现Ba-La-Cu-O体系具有高温超导电性以后,人们在探索具有高临界转变温度氧化物超导材料方面取得了重大突破,为新型超导材料的研究开拓了更加广泛的领域。因为复合氧化物体系的变化范围是极为广泛的,其变化可能性要远多于金属间化合物,制备方法也比较简单,找到更有效的新型超导材料就更有可能,故研究其超导机制的结构性能关系意义很大。本文用键参数的方法对已发现的四十多种二元超导氧化物进行讨论,