【儀表網 儀表研發】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聯、磁關聯及摻雜對非傳統超導體Ba2CuO4-δ基態性質的影響和其中自旋漲落誘導的超導配對對稱性。相關結果發表在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，已發現的銅基非常規超導體系中對超導有貢獻的均為費米面附近的dx2-y2單個能帶。Ba2CuO3.2是非常獨特的超導體，其結構類似于銅基化合物La2CuO4。但Ba2CuO3.2八面體配位獨特的晶體結構使得多條能帶對超導有貢獻，這與已有銅氧化合物的電子結構截然不同。Ba2CuO3.2中空穴載流子高度摻雜, 其超導轉變溫度是73K，比摻雜的La2CuO4體系的轉變溫度高出近一倍，研究人員對此產生了極大的興趣。
超導體中兩個電子通過有效的吸引力形成了一種特殊而穩定的電子對-庫珀對，而自旋漲落很可能是提供高溫非傳統超導體中電子配對的有效吸引力。如果庫珀對之間實現步調一致的相位相干就會形成超導態，因此超導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，關于超導體Ba2CuO4-δ中的母體相及超導配對機制尚不清楚。對Ba2CuO4-δ體系中關聯效應的研究有助于探索形成高溫超導的機理，發現更高超導轉變溫度的材料，進而更廣泛、低成本地應用于醫療、電力輸運、科學研究等領域。
鑒于此，研究人員基于兩軌道(d3z2-r2，dx2-y2)哈伯德模型，用旋轉不變的隸玻色子方法(RISB)研究了電子關聯、磁關聯及摻雜對非傳統超導體Ba2CuO4-δ基態性質的影響。結果表明，如果體系處于中等關聯時, 超導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；若體系處于強關聯時，會有兩個不同的反鐵磁母體相Ba2CuO3.5和Ba2CuO3(圖1)，是單帶超導體。結合磁能實驗, 研究人員預測Ba2CuO4-δ的電子關聯在2~3 eV之間。基于自旋漲落誘導的電子配對理論, 研究人員分析了Ba2CuO3.2 中配對對稱性隨關聯及摻雜的變化，發現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)。該研究首次發現了新型非傳統超導體Ba2CuO3.2存在能帶跨越和可能的超導配對對稱性，對探索更高轉變溫度的超導體具有啟發意義。
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. 配對強度隨關聯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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