高温铜氧化物超导体能隙问题研究最新进展

高温铜氧化物超导体的超导机制是最近20多年凝聚态物理中的重大难题之一,而蕴含其中的高温超导体的能隙问题,特别是赝能隙的起源及其与超导能隙之间的关系,一直是凝聚态物理实验和理论研究的重要内容。我们从实验和理论两方面,概括综述了近年来针对高温铜氧化物超导体能隙问题研究的最新进展,对几种能够直接探测赝能隙和超导能隙特性的实验方法,如角分辨光电子能谱、扫描隧穿谱和电子拉曼光谱等主要实验结果进行了系统的梳理,同时介绍了与这些实验结果紧密联系的几种较为流行的理论模型及其结果。最后针对这些问题给出了简单的讨论,并展望了下一步的发展,期望对高温超导体物理性质的进一步理解和研究具有积极的帮助作用。     

高温超导体中超导位相涨落:Nernst效应研究

高温超导体赝隙态具有许多反常的现象,与高温超导机理之间有密切联系,一直是研究的焦点.有理论提出在赝隙态存在预超导配对.能斯特（Nernst）效应测量探测到了超导转变温度TC0以上温区一定范围内存在磁通涡旋激发,支持了赝隙态中存在有限的超导序参量振幅和强烈的位相涨落的图象,说明TC0处的相变是由Cooper对之间长程位相关联的消失所驱动的.     

t''''次近邻跃迁对角分析光电子谱的影响

以SDW波模拟赝能隙,基于具有自旋密度波(SDW)和d-波超导对称性(DSC)的Hubbard唯象模型,同时考虑近邻、次近邻跃迁效应,在平均场近似下计算谱函数及态密度,研究赝能隙和次近邻跃迁(t')对ARPES的影响.发现考虑次近邻跃迁后得到的结果与铜氧化物高温超导体的性质符合的更好.     

t′次近邻跃迁对角分析光电子谱的影响

以SDW波模拟赝能隙,基于具有自旋密度波(SDW)和d-波超导对称性(DSC)的Hub bard唯象模型,同时考虑近邻、次近邻跃迁效应,在平均场近似下计算谱函数及态密度,研究赝能隙和次近邻跃迁(t′)对ARPES的影响。发现考虑次近邻跃迁后得到的结果与铜氧化物高温超导体的性质符合的更好。     

高温超导的物理进展

铜氧化物高温超导体的机理研究依然是凝聚态物理中的前沿课题,其物理性质显著不同于常规金属,超导的配对机制仍然悬而未决.为此回顾了最近几年该领域内重要的实验和理论,这些进展有助于人们理解高温超导体的物理特性.     

铜氧化物高温超导体的元素掺杂效应

简要介绍高温超导体的发展以及研究状况.实验显示,可用正电子湮没参数来表征元素掺杂对超导体的超导转变温度、结构缺陷和相变的影响.表明了正电子湮没技术是研究铜氧化物高温超导体的元素掺杂效应的有效手段.     

铜氧化物高温超导体的比热容

 基于Nozieres Schmitt Rink的强耦合超导理论和推广的Luttinger理论,文中分别计算了低电子浓度和高电子浓度体系的电子比热容及线性比热系数,描绘出线性比热系数随温度的变化曲线。电子线性比热系数的计算结果表明,在Nozieres Schmitt Rink理论和推广的Luttinger理论框架下,铜氧化物高温超导体中产生赝隙。     

高温超导体的核磁共振最新研究进展

核磁共振作为一种重要的谱学研究手段,在高温超导体的机理研究中发挥了极其重要的作用.近年来,随着新型铁基高温超导材料家族的发现以及基于强磁场下核磁共振技术的发展,相关高温超导方面的核磁共振研究也有了许多新的进展,这些工作对高温超导电性的机理研究起到了积极的推动作用.本文将就核磁共振技术在铜氧化物高温超导体和铁基高温超导体这两大类高温超导材料中的若干最新研究进展进行一个有针对性的概述和梳理,希望对后续高温超导电性的机理研究以及材料探索能起到一些启示作用.     

赵忠贤:做科研从未想过拿奖

正2017年1月9日,低温物理学家赵忠贤院士获得了2016年度国家最高科学技术奖。在百余年超导研究史中,赵忠贤在高温超导研究的两次重大突破中均做出了重要贡献:独立发现液氮温区铜氧化物高温超导体和发现系列转变温度50K以上铁基高温超导体并创造55K纪录。     

镍氧化物超导体的发现与研究进展

镍氧化物超导材料的发现,激发起研究人员新一轮对近似铜氧化物新型超导材料的探寻以及对高温超导机理中有关晶体结构-电子结构密切关系的研究兴趣.本文重点从具有无限层结构的掺杂镍氧化物(Nd_0.8Sr_0.2NiO₂)超导体的发现、目前的实验研究进展、对其电子结构及物理机制的研究等方面概述这类新型超导材料的基本特性,并在结尾对镍基超导体系的构建、一些亟待解决的物理和材料问题以及今后研究的方向等作开放性讨论.     

电-声机制致高温超导特性随掺杂量演变

利用极性晶体中慢电子的运动规律提出基于BCS机理的分析模型.分析发现,掺杂导致铜氧化物的费米面电子分为低能费米电子和高能电子,并产生快电子效应.欠掺杂区高能电子与晶格振动发生作用形成赝隙,费米电子与晶格作用形成超导隙.赝隙和超导隙的竞争平衡导致欠掺杂区超导隙2Δ0和κBTc比值与高能费米电子速度vF^＊成正比,与费米速度vF成反比.掺杂量（x）与高能费米速度（vF^＊）相图是解释高温超导相图的基础.利用模型和（x-vF^＊）相图能够对欠掺杂区赝隙温度、能隙与κBTc比例随掺杂量增加而线性下降的现象给出简单解释,即最佳掺杂区2Δ0和κBTc比值为7.6、过掺杂区为4.3的常数.显示系统随掺杂量增加由＂非传统＂行为向接近传统行为再到金属行为演变的规律.     

铜氧化物高温超导体的晶体结构和物理性能研究

阐述了铜氧化物高温超导体的晶体结构 ,指出导电区、蓄电区的划分和电子相图是铜氧化物高温超导体重要的共性特征 .介绍了分块模型及其在研究晶体结合能、弹性模量中的应用 ,对铜氧化物高温超导体结构和性能之间的关系作了探讨 .最后对当前高温超导体研究的几个热点问题及其应用前景予以简介 .     

低温光声技术对超导体超导转变过程的检测

利用自制的低温光声光谱检测系统,对高温超导体YBCO在超导转变前后的光声光谱响应进行测定,得到样品随温度变化的光声强度曲线,并初步作出了解释。根据对已知超导样品的实验测量,进一步说明该低温光声光谱技术是高温超导机理研究的新方法。     

组分简单环境友好的铜基高温超导材料:“铜系”

铜基高温超导材料是目前唯一能在常压环境实现液氮温区超导的物质,对其深入认识入选Science发布的125个重大科学问题之一,具有重要的科学价值和巨大的应用开发前景.为了合成铜基超导材料,通常需要引入重金属元素如稀土、Bi、Tl和Hg等昂贵、易挥发或有毒元素以稳定基本结构,这些体系相应称为"钇系"、"铋系"、"铊(汞)系"铜基超导材料.探索组分简单环境友好且在液氮温区超导性能优良的新体系,是超导新材料研发的前沿和重大挑战.本文基于铜基超导材料结构特点,通过介绍运用高压高温合成技术研制钙钛矿型功能材料的优势,重点讨论作者参与设计发现的Cu12(n–1)n(简称"铜系")铜基超导材料体系."铜系"只含铜和碱土氧化物,这是构成铜基超导材料最简单的成分,组分经济环境友好.如同人造金刚石一样,"铜系"块体材料虽然需高压高温合成,但在常压条件能够保持结构稳定,本文讨论的性能都是常压条件测量."铜系"具有独特的全钙钛矿型构型,呈现强的层间耦合,常压超导特性优良:(1)起始超导转变温度(T_c )可达120 K以上,高于"铋系"超导材料,仅次于常压T_c 最高的铜基Hg1223超导体;(2)在液氮温区临界电流密度特性优于"铋系"铜基超导材料,可媲美综合性能最好的"钇系"铜基超导材料,(3)成分只有碱土和铜氧化物,环境友好不含有毒元素,且在空气环境中可保持性能长期稳定.     

中山大学在高温超导研究中取得重要进展

1987年2月底中国科学院物理研究所宣布:研究成功超导起始转变温度为100K的高温转变温度的氧化物超导材料.此后,在国际上掀起了高温超导研究的热潮.各国工业界、科研机构甚至政府部门都意识到高温超导体的研究与开发可能会导致一次巨大的工业革命,纷纷组织力量投入研究的角逐。     

Bi系高温氧化物超导体

介绍了近年来在研究Ｂｉ系高温氧化物超导体的微观结构，探索其高温超导相的形成机理所获得的主要结论，并介绍了在提高Ｂｉ系高温超导体的零电阻温度Ｔｃ和高Ｔｃ相含量以及Ｂｉ系超导材料的实用化方面所取得的重要进展。     

Bi系高温氧化物超导体

介绍了近年来在研究Ｂｉ系高温氧化物超导体的微观结构、探索其高温超导相的形成机理所获得的主要结论,并介绍了在提高Ｂｉ系高温超导体的零电阻温度Ｔｃ和高Ｔｃ相含量以及Ｂｉ系超导材料的实用化方面所取得的重要进展     

空穴掺杂的铜氧化物高温超导体中准粒子散射相干现象的研究

在重整化的哈伯德模型的框架下,考虑单杂质效应,研究了铜氧化物高温超导体中的准粒子散射相干现象。通过计算傅里叶变换的局域态密度,得到了铜氧化物高温超导材料中准粒子散射相干的主要特征,这些特征能够被八角模型很好地解释。研究结果表明,由于单调对称的d波能隙,单杂质掺杂效应导致的准粒子散射相干的特征随能量的变化非常强烈。随着能量的增加,沿着节点方向([0,0]→[π,π])相干峰的位置向高动量位置移动,而沿着反节点方向([0,0]→[π,0])的峰的位置向布里渊区的中心移动。     

二维晶体中的高温超导与量子格里菲斯奇异性

超导体因其零电阻与完全抗磁性等性质,已成为凝聚态物理与材料科学领域最重要的研究方向之一.近年来,随着单晶薄膜制备工艺的提高,二维晶体超导体逐渐发展为新的前沿热点,其中出现的一些新奇物理现象,如高温超导和量子相变等,得到了学术界的广泛关注.简要介绍了二维晶体超导体的研究背景和基本特性,并分两个部分重点介绍了二维晶体中高温超导和量子相变两类重要现象.第一部分总结性回顾了二维高温超导体单原胞层铁硒/钛酸锶(FeSe/STO)的发现和验证,实验中发现的基本性质并探讨了其可能的超导机理.第二部分着重介绍量子相变和量子格里菲斯奇异性,包括其理论模型、在二维晶体超导中的实验发现和相应的分析.最后总结全文,并对相关领域的发展进行了展望.     

冷绝缘高温超导电缆的稳定性研究

冷绝缘高温超导电缆的稳定性问题已经成为高温超导电缆实用化的一个重要课题.介绍了超导体的零电阻特性及低温稳定化理论.建立了超导电缆的等效电路模型和稳态电流分布数学模型.利用有限元分析软件ANSYS和数学建模对超导电缆在稳态下的径向温升进行仿真和计算.分析了均流优化前后层电流分布对超导电缆稳定性的影响.进行了高温超导电缆稳态性能测试实验,并对超导电缆在不同幅值及频率电流下的径向最大温升做了实验测量和结果分析.