超导物理新进展——条纹电荷序相测量实现最高能量分辨率学术资讯

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在超低温条件下，铜酸盐超导体CuO2的平面上掺杂的电荷会呈现出形态规则的、一维的“条纹”图案。通过用超快近红外脉冲来激发它，科学家可以直接观察到扩散电荷的动态活动，而这一现象可能与平面内生成的超导性有关。

凝聚态物理学中最大的谜团之一，是铜酸盐超导体中电荷有序与超导性之间的确切关系。当超导体被冷却到其临界温度以下时，其中的电子可以自由移动，电阻为零。然而，铜酸盐却同时表现出超导性和交替条纹的电荷有序特性——金属中的“电荷有序”（charge order）是电子“海洋”的一种基本不稳定性，指的是正负电荷按照一定的方向进行排序——这是相互矛盾的，因为电荷有序描述的是受限制电子存在的区域，那么超导性与电荷有序性是如何实现共存的呢？

据美国“物理学网”8月16日消息称，《科学进展》杂志同日刊发的一篇研究论文描述了美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校（UIUC）与SLAC国家加速器实验室的一个合作研究项目，双方科学家经实验，对上面提到的两种互不相干的状态如何做到相互毗邻存在的问题，给出了新的推断解释。UIUC的物理学博士后研究员Matteo Mitrano和Peter Abbamonte教授以及他们的团队利用SLAC最尖端的设备，应用了一种最新的X射线散射技术——“时间分辨共振软X射线散射”。这一方法能够使科学家以前所未有的能量分辨率来探测条纹状的电荷序相，这也是第一次在与超导有关的能量尺度上进行该类型的研究。

科学家们对一个典型的氧化铜超导体——La2-xBaxCuO4 （LBCO）——上电荷有序的波动进行了测量，发现波动所含的能量与该材料的超导临界温度是匹配的，这就意味着这种材料的超导性可能被电荷有序波动所介导了。研究人员进一步证明，如果电荷有序性瓦解，该系统中的电子将在几十皮秒（picosecond）内重塑电荷有序的条纹区域。事实证明，这个物理过程遵循着一个放之四海而皆准的比例定律。为了理解他们在实验中所观测到的现象， Mitrano和Abbamonte向UIUC的物理学教授Nigel Goldenfeld及其研究生Minhui Zhu求助，他们能够借用软凝聚态物理学理论方法来对条纹图案的形成进行描述。

Zhu评论道：“能够参与这个合作项目，并与固态物理学家合作，我感到很兴奋。我们通过运用软凝聚态技术，在高温超导体等强关联系统中来分析问题。我不仅贡献了我的计算结果，而且还从不同背景的同事那里学到了新的知识，从而获得了看待物理问题的新视角，以及新的科学思维方式。”

科界原创编译：朱明逸审稿：西莫责编：张梦

期刊来源：《科学进展》

期刊编号： 2375-2548

原文链接： https://phys.org/news/2019-08-unraveling-stripe-mystery.html