來自波士頓學(xué)院(Boston College)和布魯克海文國家實驗室(Brookhaven National Laboratory)研究人員成功地將一種銅酸鹽高溫超導(dǎo)體材料改造成絕緣狀態(tài)，并在那里發(fā)現(xiàn)了一種奇異的液晶相。

研究小組2018年12月17日在《自然材料》(Nature materials)上報道稱：在銅酸鹽中觀察到所謂的“電荷帶”晶體相，是此類晶體的首次發(fā)現(xiàn)。銅酸鹽是莫特絕緣體(Mott絕緣體)一類材料的一部分。沒有自由載流子表示該材料是“未摻雜的”。摻雜過程引入了載流子，理論認(rèn)為，銅酸鹽在摻雜時，會看到載流子的階數(shù)，并形成具有周期性“電荷條紋”圖案的液晶相。

博科園-科學(xué)科普：該研究報告的主要作者、波士頓學(xué)院物理學(xué)助理教授伊爾賈?澤爾科維奇說：迄今為止，只有在超導(dǎo)狀態(tài)下才能通過實驗觀察到這種模式。Zeljkovic和團(tuán)隊成員(包括其實驗室成員)、波士頓大學(xué)物理教授王子強(qiáng)和紐約Brookhaven國家實驗室的研究人員使用了一種新的方法來在絕緣狀態(tài)下感應(yīng)充電順序，他們在文章中提出了“絕緣銅帶中的電荷條紋結(jié)晶相”的文章。研究小組采用了表面退火的方法，這是一種頭部處理方法，用來改變金屬的物理和化學(xué)性質(zhì)。這一過程使研究小組擴(kuò)大了由鉍、鍶、鈣、銅和氧組成的銅酸鹽的可達(dá)摻雜范圍。

通過對新材料區(qū)域的研究，該團(tuán)隊實現(xiàn)了“輕摻雜、電荷轉(zhuǎn)移絕緣體狀態(tài)”。研究小組使用掃描隧道顯微鏡和液氦溫度下的光譜分析了原子層面的絕緣狀態(tài)。測量揭示了一種單向電荷條帶順序的出現(xiàn)，它的波長恰好是4個原子晶格常數(shù)。數(shù)據(jù)還證明，輕摻雜的銅酸鹽傾向于在雙向‘棋盤’順序上形成條紋，從而解決了該領(lǐng)域長期存在的爭議，這些爭議無法用現(xiàn)有的高摻雜樣品數(shù)據(jù)來解決。研究人員下一步想探索在超導(dǎo)狀態(tài)下觀察到的電荷有序相和電荷有序相之間的關(guān)系。這一發(fā)現(xiàn)提出了一個問題，即電荷載體的“自旋”是否也會形成周期性的模式，形成所謂的自旋密度波。

博科園-科學(xué)科普｜研究/來自：波士頓學(xué)院

參考期刊文獻(xiàn):《Nature Materials》

論文DOI: 10.1038/s41563-018-0243-x

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