來自波士頓學院(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體材料改造成絕緣狀態，並在那裡發現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現。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，理論認為，銅酸鹽在摻雜時，會看到載流子的階數，並形成具有周期性“電荷條紋”圖案的液晶相。
博科園-科學科普：該研究報告的主要作者、波士頓學院物理學助理教授伊爾賈•澤爾科維奇說：迄今為止，只有在超導狀態下才能通過實驗觀察到這種模式。Zeljkovic和團隊成員(包括其實驗室成員)、波士頓大學物理教授王子強和紐約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下感應充電順序，他們在文章中提出了“絕緣銅帶中的電荷條紋結晶相”的文章。研究小組採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性質。這一過程使研究小組擴大了由鉍、鍶、鈣、銅和氧組成的銅酸鹽的可達摻雜範圍。
波士頓大學和布魯克海文國家實驗室的研究人員利用掃描隧道顯微鏡分析了一種被修飾成絕緣狀態的銅酸鹽高溫超導體。圖片：Nature Materials
通過對新材料區域的研究，該團隊實現了“輕摻雜、電荷轉移絕緣體狀態”。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。測量揭示了一種單向電荷條帶順序的出現，它的波長恰好是4個原子晶格常數。數據還證明，輕摻雜的銅酸鹽傾向於在雙向‘棋盤’順序上形成條紋，從而解決了該領域長期存在的爭議，這些爭議無法用現有的高摻雜樣品數據來解決。研究人員下一步想探索在超導狀態下觀察到的電荷有序相和電荷有序相之間的關係。這一發現提出了一個問題，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-科學科普｜研究/來自：波士頓學院
參考期刊文獻:《Nature Materials》
論文DOI: 10.1038/s41563-018-0243-x
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