【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】近期, 中科院合肥研究院固體所計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)有貢獻的均為費米面附近的dx2-y2單個能帶。Ba2CuO3.2是非常獨特的超導(dǎo)體，其結(jié)構(gòu)類似于銅基化合物La2CuO4。但Ba2CuO3.2八面體配位獨特的晶體結(jié)構(gòu)使得多條能帶對超導(dǎo)有貢獻，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。如果庫珀對之間實現(xiàn)步調(diào)一致的相位相干就會形成超導(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)的機理，發(fā)現(xiàn)更高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的材料，進而更廣泛、低成本地應(yīng)用于醫(yī)療、電力輸運、科學研究等領(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, 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；若體系處于強關(guān)聯(lián)時，會有兩個不同的反鐵磁母體相Ba2CuO3.5和Ba2CuO3(圖1)，是單帶超導(dǎo)體。結(jié)合磁能實驗, 研究人員預(yù)測Ba2CuO4-δ的電子關(guān)聯(lián)在2~3 eV之間。基于自旋漲落誘導(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基金面上項目、重點項目和聯(lián)合項目的資助。
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. 配對強度隨關(guān)聯(lián)U的變化，插圖為U = 2 eV時, 配對強度隨摻雜的變化。
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