清华大学朱静、王亚愚教授合作最新Science

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【导读】

确定超导转变温度(Tc)的普遍趋势及其与其他物理参数的相关性，可以为阐明超导电性的起源提供重要线索。自从在氧化铜材料(简称铜氧化物)中发现高Tc超导电性以来，人们在理解是什么控制了Tc方面做了大量的工作。关于铜酸盐化合物的Tc有两种趋势：一种是对于特定的铜酸盐化合物，Tc的穹顶状掺杂依赖性，其中Tc(Tc,max)的最大值位于空穴浓度p≤0.16处。另一种是同系物的Tc,max随单位晶胞中CuO2晶面数目(n)的变化，当n = 3时Tc,max最高。理解这些经验规则背后的物理起源可以最终解决铜氧化物中的配对机制问题。

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【成果掠影】

今日，清华大学朱静教授、王亚愚教授课题组使用先进的电子显微镜对1≤n≤9的Bi2Sr2Can-1CunO2n+4+δ家族中铜氧化物的原子结构进行了成像。本工作发现，电荷转移能隙大小(Δ)随n的演化可以同时测量。本工作确定了Δ的n依赖关系遵循倒钟形曲线，在n=3时Δ值最小。Δ,n和Tc,max之间的关联可以阐明铜酸盐超导电性的起源。相关论文以题为“Correlating the charge-transfer gap to the maximum transition temperature in Bi2Sr2Can-1CunO2n+4+δ”发表在Science上，并被选作该期封面文章。

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【数据概况】

图1. 1≤n≤9的Bi2Sr2Can-1CunO2n+4+δ铜酸盐的Tc,max和原子分辨晶体结构© 2023 AAAS

图2. 利用STM和STEM-EELS技术对Δ进行探测© 2023 AAAS

图3. 毕氏家族铜氧体中Δ随n的演化© 2023 AAAS

图4. Δ,n与Tc,max的相关性© 2023 AAAS

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【成果启示】

综上所述，本工作的研究表明，具有不同顶端环境的CuO2平面具有非常不同的Δ，这不仅表现在与n的演化中，而且表现在IP总是比同一化合物的OP具有更小的Δ尺寸。因此，IP的Jeff大于OP的Jeff，如图3E所示，这与之前对成对强度的研究结果一致。因此，Δ和Tc,max在同系物中随n的不同而显著变化的根本原因很可能与CuO2平面外的轨道有关，表明铜酸盐中潜在的电子结构和轨道参数对称性之间的相互作用。

文献链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.add3672