科學(xué)家在五層銅酸鹽實(shí)驗(yàn)中觀察到了費(fèi)米口袋，證實(shí)了理論，其研究成果發(fā)表在《科學(xué)》期刊上，描述了對(duì)銅酸鹽Ba2Ca4Cu5O10(FO)2的研究，以對(duì)超導(dǎo)電性的了解。

加州大學(xué)戴維斯分校(University Of California Davis)的Inna Vishik也在同一期上發(fā)表了一篇文章，介紹了涉及銅酸鹽及其轉(zhuǎn)變溫度的超導(dǎo)研究背景。銅酸鹽是由它們的陰離子銅配合物定義，它們的超導(dǎo)材料轉(zhuǎn)變溫度也是最高的。

當(dāng)然，超導(dǎo)體是能讓電流在沒(méi)有電阻的情況下通過(guò)材料。大多數(shù)材料必須經(jīng)過(guò)處理才能成為超導(dǎo)材料，如冷卻。因此，當(dāng)這類材料從常規(guī)導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)體時(shí)，會(huì)有一個(gè)過(guò)渡階段。正如Vishik指出的那樣，先前的研究表明，銅酸鹽具有一些最高的轉(zhuǎn)變溫度，這使得它們成為誘人的研究目標(biāo)。在過(guò)去的幾年里，已經(jīng)有相當(dāng)多的研究闡明了影響超導(dǎo)電性的因素，但到目前為止，人們?nèi)匀徊惶宄@一點(diǎn)。

盡管有數(shù)百種銅酸鹽可供選擇，但研究人員只研究了幾種銅酸鹽。正是出于這個(gè)原因，研究小組選擇研究一種很少或根本沒(méi)有研究的銅酸鹽，即五層銅酸鹽，Ba2Ca4Cu5O10(FO)2。這項(xiàng)工作涉及在莫特絕緣體中摻雜銅酸鹽，這項(xiàng)研究在過(guò)去被證明是具有挑戰(zhàn)性的。理論表明，如果在Mott絕緣體上添加少量的載流子，費(fèi)米口袋應(yīng)該可以觀察到。研究人員能夠克服其他研究人員由于選擇銅酸鹽而遇到的問(wèn)題。

它有一個(gè)由五個(gè)氧化銅平面組成的單元電池，而不是普通的兩個(gè)，這樣當(dāng)口袋變得可見(jiàn)時(shí)，就更容易觀察到它們，研究人員看到了其中的兩個(gè)，支持了預(yù)測(cè)他們的理論。銅氧化物材料中的超導(dǎo)電性是通過(guò)摻雜一種稱為Mott絕緣體的特殊相關(guān)態(tài)而出現(xiàn)。然而，研究向Mott絕緣體中添加少量電荷載流子(空穴或電子)時(shí)會(huì)發(fā)生什么，在實(shí)驗(yàn)上是具有挑戰(zhàn)性的。

研究了不尋常的銅酸鹽Ba2Ca4Cu5O10(FO)2，它在一個(gè)單元中有五個(gè)氧化銅平面，而大多數(shù)銅酸鹽有一個(gè)或兩個(gè)。在光電子發(fā)射和量子振蕩數(shù)據(jù)中都觀察到了兩個(gè)費(fèi)米口袋，其中最里面的氧化銅平面起著至關(guān)重要的作用。

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參考期刊《科學(xué)》

DOI: 10.1126/science.aay7311

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