【前言】

高溫氧化銅超導(dǎo)體由堆疊的CuO2組成，電子帶結(jié)構(gòu)和磁激發(fā)主要是二維的，但超導(dǎo)相干性是三維的。這種二分法強(qiáng)調(diào)了面外電荷動力學(xué)的重要性。目前研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在光學(xué)可達(dá)到的有限動量范圍內(nèi)，面外電荷動力學(xué)在正常狀態(tài)下是非相干的。

【成果簡介】

今日，來自斯坦福大學(xué)的Z. X. Shen, T. P. Devereaux,和W. S. Lee（共同通訊）聯(lián)合在Nature發(fā)表文章，題為“Three-dimensional collective charge excitations in electron-doped copper oxide superconductors”。作者使用共振非彈性X射線散射來探索布里淵區(qū)所有三維空間的電荷動態(tài)。電子摻雜氧化銅激發(fā)(模式)的極化分析揭示了它們的電荷來源。激發(fā)沿著面內(nèi)和面外兩個方向擴(kuò)散，這揭示了它的三維性質(zhì)。面外分散的周期性對應(yīng)于相鄰CuO2平面之間的間距，而不是晶體c軸晶格常數(shù)，這表明面外庫侖相互作用是相干面外電荷動力學(xué)的原因。作者觀察到的特性是渴望已久的“聲等離子體激元”的特征，這是分層系統(tǒng)預(yù)測的不同電荷集合模式的一個分支，并被認(rèn)為在調(diào)解高溫超導(dǎo)性方面將發(fā)揮重要作用。

【圖文簡介】

圖1. 層狀電子氣中的等離子體激元以及電子摻雜氧化銅的電荷激發(fā)

圖2. 區(qū)域中心的激發(fā)三維性

圖3. 面外等離子體激元分散

圖4.摻雜與等離子體激元的關(guān)系

【總結(jié)】

作者集中研究在以前在電子摻雜氧化銅Nd2?xCexCuO4 (NCCO) (x=0.15)和Sr1?xLaxCuO2中通過共振非彈性X射線散射發(fā)現(xiàn)的神秘的“區(qū)域中心”激發(fā)。在一個不同的電子摻雜氧化銅族La2?xCexCuO4 (LCCO)(x=0.175)中，作者解析了類似于NCCO在典型面內(nèi)動量轉(zhuǎn)移時的光譜特征，這表明了這種集體模式在電子摻雜氧化銅中的普遍性。關(guān)于其起源的推測包括帶內(nèi)躍遷、量子相位的集體模式和等離子體激元。盡管該模式被懷疑是電荷屬性的，但由于在以前的測量中無法區(qū)分電荷和磁激發(fā)，因此無法進(jìn)行明確的評估。

文獻(xiàn)鏈接：Three-dimensional collective charge excitations in electron-doped copper oxide superconductors, (Nature, 2018, DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-018-0648-3)