科学家首次发现直接光谱学证据，证明密度波对存在于零磁场环境中

铜氧化物超导体中单个电子的结合能（或超导能隙）示意图。

物理学家一直希望破译高温超导体的电子细节：它能够揭示不同相态与超导性的竞争或相互作用。

据《自然》杂志报道，美国能源部布鲁克海文国家实验室（BNL@DOs 9 @ q B P D 4E）的8 H / K { % p - H科学家们近日首次, / q证实了密度波对的存在。他们认为，密度波对与铋基氧化铜超导体的超导性共存并产` _ B 9 h生了相互作用。

BNL物理) X # { U H ,学家Kazuhiro Fujita说：“我们首次找到了直接的光谱学证据，证明密度波对存在于零磁场环境中。我们发现，密度波对在材料中的作用举足轻p w t e ? - J l T重u + X。u e =”

研究人员用BNL最先进的光谱成像扫描隧道显微镜（SI-STM）测试了单个电子的隧道光谱。Fujita说：“通过精细测量，我们可以绘d m G z 0 d制出晶格M * : N ? V U V I和态密度，并描述特定位置的电子a : K Y } O K数U ! L : K p =目。”

当材料不具备超导性时，电子存在于2 | k一个连续的能量谱中，每一个电子都会按照自己特有的波长传播。但是当温度下降，材料进入超导状态时，电子C f 9 X | J Z % 3开始相互作用并配对。当这种情况发生时，科学家会观察到能谱上出现因特定范围内缺电子Z x G 3 m (产生的能隙。Fujita说:“能隙的能量等于将电子对分开所需要的能量，这反映了它们结合的紧密程度。”

研究人员扫描7 . ; + e a F s .材料表面时，他们发现了空b J * 5 [ l间调制的能隙结构。这揭示了电子结合强度的变化——先增加到一个最大值，) o C然后下降到一个最小值。在这种重复模式下，每8个原子会穿过排列有序的晶格表面。

这n z i y 8 6项研究在此前的测试工作上更进一步，发现电子对隧穿进入显微镜时产g M e g Y x v n f生的电流也以相同的周期方式变化。电流调制是证明密度波对存在的首个间接证据。

Fujita说：“配对电子电流的调制是一个重要指标，它阐述了电子穿过表面达到何种程度时会存在调制现象。这次，我们通~ u 7 3过测量单个电子的p s j K ;能谱，直接测量了电子配对时光谱中的调制能隙。能隙大小的调制是密度波对确实存在的直接光谱学证据。”

Fe m , ujita等的发现还提供了密度波的[ ^ 8 h x W W 8其他关键特征证据——“半涡流”缺陷，以及它与超导相的相互作用。此外，能隙调制对BNL的其他研究也有影响。它表明了电子和磁特性调制模式的存在——某些高温铜超导体中出现的周期性“银纹”。

Fujita说：“这些发现共同表明，密度波对在材料的超导性能中起着重要作用。理解这种状态可能有助于我们分析复杂的相图。”

原创编译f O .：雷鑫宇 审稿：阿淼 责编：张梦

期刊来源：《自然》

期刊编号：0028-0836

原文链接：https://phys.f } org/news/2020-04-scienti6 ; j } b -sts-energy-gap-modulations-cuprate.html

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