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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點(diǎn)，為把我國(guó)建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國(guó)作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書(shū)記在致中國(guó)科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)、面向國(guó)家重大需求、面向人民生命健康，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國(guó)家創(chuàng)新人才高地，率先建成國(guó)家高水平科技智庫(kù)，率先建設(shè)國(guó)際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國(guó)科學(xué)院辦院方針

首頁(yè) > 科研進(jìn)展

中國(guó)科大等在自旋軌道耦合莫特絕緣體研究中取得進(jìn)展

2019-12-03 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)

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語(yǔ)音播報(bào)

　　中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)何俊峰研究組與國(guó)內(nèi)外同行合作，對(duì)自旋軌道耦合莫特絕緣體展開(kāi)研究，取得新進(jìn)展：團(tuán)隊(duì)使用高分辨角分辨光電子能譜，首次在電子摻雜自旋軌道耦合莫特絕緣體（Sr₂IrO₄）中發(fā)現(xiàn)電子-玻色子耦合的直接實(shí)驗(yàn)證據(jù)。該研究成果于11月21日發(fā)表在物理學(xué)國(guó)際期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上[Physical Review Letters 123, 216402 (2019)]。

　　發(fā)現(xiàn)和理解摻雜莫特絕緣體產(chǎn)生的奇異量子現(xiàn)象是凝聚態(tài)物理研究中的核心問(wèn)題。摻雜莫特絕緣體的一個(gè)典型例子就是銅氧化物高溫超導(dǎo)體。在該體系中d波高溫超導(dǎo)、贗能隙、電子-玻色子耦合等三個(gè)重要量子現(xiàn)象逐步被實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)。并且，人們進(jìn)一步意識(shí)到這三者之間相互密切聯(lián)系。例如：贗能隙與d波超導(dǎo)密切相關(guān)（不管是作為可能的競(jìng)爭(zhēng)者還是屬于一種預(yù)配對(duì)）；電子-玻色子耦合則可能為超導(dǎo)提供配對(duì)所需的“膠水”；而最近的實(shí)驗(yàn)證明電子-玻色子耦合與贗能隙也緊密聯(lián)系。尤其在銅氧化物高溫超導(dǎo)體Bi₂Sr₂CaCu₂O_8+σ的研究中發(fā)現(xiàn)電子-玻色子(聲子)耦合和贗能隙間可以形成一個(gè)正反饋，并有可能進(jìn)一步增強(qiáng)d波超導(dǎo)。綜上，贗能隙、d波超導(dǎo)以及電子-玻色子耦合的發(fā)現(xiàn)和理解對(duì)于最終揭示銅氧化物高溫超導(dǎo)體中的物理規(guī)律至關(guān)重要。

　　銥氧化物Sr₂IrO₄作為一種典型的自旋軌道耦合莫特絕緣體，在理論上跟銅氧化物高溫超導(dǎo)體可以被相同的微觀(guān)模型所描述。因此，一個(gè)很自然的問(wèn)題是，在Sr₂IrO₄體系中是否可以發(fā)現(xiàn)如銅氧化物中所呈現(xiàn)的奇異量子現(xiàn)象。近些年，實(shí)驗(yàn)上確實(shí)在電子摻雜的Sr₂IrO₄體系中發(fā)現(xiàn)了與銅氧化物中類(lèi)似的贗能隙和d波能隙，然而電子-玻色子耦合還沒(méi)有被發(fā)現(xiàn)。

　　該工作中，何俊峰研究組及其合作者使用高分辨角分辨光電子能譜對(duì)電子摻雜Sr₂IrO₄進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)了這第三個(gè)與銅氧化物類(lèi)似的特征：電子-玻色子耦合。這一最新發(fā)現(xiàn)(如圖所示)，不僅揭示了銥氧化物與銅氧化物另一個(gè)共同的物理性質(zhì)，而且為研究摻雜莫特絕緣體中的核心問(wèn)題：贗能隙、d波能隙以及電子-玻色子耦合間的關(guān)系，提供了一個(gè)嶄新的窗口。

　　中國(guó)科大為該論文第一單位，何俊峰研究組的博士后胡勇是該論文的第一作者，美國(guó)加利福尼亞大學(xué)Santa Barbara分校的Xiang Chen博士為該論文的并列第一作者，何俊峰為論文通訊作者。該工作得到中國(guó)科大科研啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)的資助。

　　文章鏈接

圖：電子摻雜銥氧化物中電子-玻色子耦合的光電子能譜證據(jù)

　　中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)何俊峰研究組與國(guó)內(nèi)外同行合作，對(duì)自旋軌道耦合莫特絕緣體展開(kāi)研究，取得新進(jìn)展：團(tuán)隊(duì)使用高分辨角分辨光電子能譜，首次在電子摻雜自旋軌道耦合莫特絕緣體（Sr2IrO4）中發(fā)現(xiàn)電子-玻色子耦合的直接實(shí)驗(yàn)證據(jù)。該研究成果于11月21日發(fā)表在物理學(xué)國(guó)際期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上[Physical Review Letters 123, 216402 (2019)]。
　　發(fā)現(xiàn)和理解摻雜莫特絕緣體產(chǎn)生的奇異量子現(xiàn)象是凝聚態(tài)物理研究中的核心問(wèn)題。摻雜莫特絕緣體的一個(gè)典型例子就是銅氧化物高溫超導(dǎo)體。在該體系中d波高溫超導(dǎo)、贗能隙、電子-玻色子耦合等三個(gè)重要量子現(xiàn)象逐步被實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)。并且，人們進(jìn)一步意識(shí)到這三者之間相互密切聯(lián)系。例如：贗能隙與d波超導(dǎo)密切相關(guān)（不管是作為可能的競(jìng)爭(zhēng)者還是屬于一種預(yù)配對(duì)）；電子-玻色子耦合則可能為超導(dǎo)提供配對(duì)所需的“膠水”；而最近的實(shí)驗(yàn)證明電子-玻色子耦合與贗能隙也緊密聯(lián)系。尤其在銅氧化物高溫超導(dǎo)體Bi2Sr2CaCu2O8+σ的研究中發(fā)現(xiàn)電子-玻色子(聲子)耦合和贗能隙間可以形成一個(gè)正反饋，并有可能進(jìn)一步增強(qiáng)d波超導(dǎo)。綜上，贗能隙、d波超導(dǎo)以及電子-玻色子耦合的發(fā)現(xiàn)和理解對(duì)于最終揭示銅氧化物高溫超導(dǎo)體中的物理規(guī)律至關(guān)重要。
　　銥氧化物Sr2IrO4作為一種典型的自旋軌道耦合莫特絕緣體，在理論上跟銅氧化物高溫超導(dǎo)體可以被相同的微觀(guān)模型所描述。因此，一個(gè)很自然的問(wèn)題是，在Sr2IrO4體系中是否可以發(fā)現(xiàn)如銅氧化物中所呈現(xiàn)的奇異量子現(xiàn)象。近些年，實(shí)驗(yàn)上確實(shí)在電子摻雜的Sr2IrO4體系中發(fā)現(xiàn)了與銅氧化物中類(lèi)似的贗能隙和d波能隙，然而電子-玻色子耦合還沒(méi)有被發(fā)現(xiàn)。
　　該工作中，何俊峰研究組及其合作者使用高分辨角分辨光電子能譜對(duì)電子摻雜Sr2IrO4進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)了這第三個(gè)與銅氧化物類(lèi)似的特征：電子-玻色子耦合。這一最新發(fā)現(xiàn)(如圖所示)，不僅揭示了銥氧化物與銅氧化物另一個(gè)共同的物理性質(zhì)，而且為研究摻雜莫特絕緣體中的核心問(wèn)題：贗能隙、d波能隙以及電子-玻色子耦合間的關(guān)系，提供了一個(gè)嶄新的窗口。
　　中國(guó)科大為該論文第一單位，何俊峰研究組的博士后胡勇是該論文的第一作者，美國(guó)加利福尼亞大學(xué)Santa Barbara分校的Xiang Chen博士為該論文的并列第一作者，何俊峰為論文通訊作者。該工作得到中國(guó)科大科研啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)的資助。
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　　圖：電子摻雜銥氧化物中電子-玻色子耦合的光電子能譜證據(jù)

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