物理所铜氧化物高温超导体Bi2212中多体效应研究获进展

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铜氧化物高温超导体中的多体相互作用的研究，尤其是电子与玻色子之间的耦合，对理解高温超导电性和奇异“正常态”性质的产生具有重要意义。其中最著名的莫过于沿节点方向~70meV能带扭折(Kink)和在反节点区域~40meV能带扭折的发现。对节点和反节点能带扭折的起源(磁起源，声子起源等) 已有众多的工作进行了探索，但还没有达成共识。此外，另一个长期存在的公开的问题，在于节点能带扭折和反节点能带扭折之间的关系。具体地讲，就是动量空间中节点方向~70meV的能带扭折如何随动量演变到反节点区域~40meV的能带扭折。
    中科院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室（筹）超导国家重点实验室周兴江研究员和博士生何俊峰等，利用自主研制的真空紫外激光角分辨光电子能谱，对铜氧化物高温超导体Bi2212中的多体效应进行了深入研究，取得重要进展。借助于该激光角分辨光电子能谱仪的超高分辨率，他们第一次在过掺杂Bi2212样品的超导态发现，~70meV和~40meV的这两个能量尺度在很大的动量空间上共存（图1和图2），修正了此前人们普遍认为的~70meV和~40meV的能带扭折分别局域在节点和反节点方向的情形。进一步测量发现，这两个能量尺度表现出不同的动量依赖关系：其中一个模式（HI mode）在很大动量空间上保持在~78meV能量尺度，而另一个模式(LW mode)的能量则从反节点区的~40meV逐渐增加到节点区的~70meV (图2)。温度变化测量表明，这两个能量尺度具有不同的温度依赖关系(图3)。对不同掺杂样品的测量发现,两个能量尺度的共存在所测量的样品中都可以观察到(图4)。

　　此项研究第一次发现了在超导态两个耦合模式在动量空间中大范围共存，直接从实验上解决了长期以来存在的有关~70meV节点能带扭折如何演变到~40meV反节点能带扭折的问题。同时，这两个耦合模式的动量依赖关系异常，不能简单地被已有的理论所解释，对高温超导体中电子-玻色子耦合的理论研究提出了新的问题和挑战。在超导态观察到电子与这两个模式的强烈耦合，表明在研究高温超导机理时，必须考虑它们对导致电子配对可能发挥的重要作用。该研究结果发表在近期的《物理评论快报》上【Phys. Rev. Lett. 111 （2013）107005】。