中國科大在自旋軌道耦合莫特絕緣體研究中取得新進展

發稿時間:2019-11-29瀏覽次數:10

中國科大何俊峰研究組與國內外同行合作,對自旋軌道耦合莫特絕緣體展開研究,取得重要進展:團隊使用高分辨角分辨光電子能譜,首次在電子摻雜自旋軌道耦合莫特絕緣體(Sr2IrO4)中發現電子-玻色子耦合的直接實驗證據。該研究成果于20191121日發表在物理學重要國際期刊《物理評論快報》上[Physical Review Letters 123, 216402 (2019)]

發現和理解摻雜莫特絕緣體產生的奇異量子現象是凝聚態物理研究中的核心問題。摻雜莫特絕緣體的一個典型例子就是銅氧化物高溫超導體。在該體系中d波高溫超導、贗能隙、電子-玻色子耦合等三個重要量子現象逐步被實驗發現。并且,人們進一步意識到這三者之間相互密切聯系。例如:贗能隙與d波超導密切相關(不管是作為可能的競爭者還是屬于一種預配對);電子-玻色子耦合則可能為超導提供配對所需的“膠水”;而最近的實驗證明電子-玻色子耦合與贗能隙也緊密聯系。尤其在銅氧化物高溫超導體Bi2Sr2CaCu2O8+σ的研究中發現電子-玻色子(聲子)耦合和贗能隙間可以形成一個正反饋,并有可能進一步增強d波超導。綜上,贗能隙、d波超導以及電子-玻色子耦合的發現和理解對于最終揭示銅氧化物高溫超導體中的物理規律至關重要。

圖:電子摻雜銥氧化物中電子-玻色子耦合的光電子能譜證據

銥氧化物Sr2IrO4作為一種典型的自旋軌道耦合莫特絕緣體,在理論上跟銅氧化物高溫超導體可以被相同的微觀模型所描述。因此,一個很自然的問題是,在Sr2IrO4體系中是否可以發現如銅氧化物中所呈現的奇異量子現象。近些年,實驗上確實在電子摻雜的Sr2IrO4體系中發現了與銅氧化物中類似的贗能隙和d波能隙,然而電子-玻色子耦合還沒有被發現。

該工作中,何俊峰研究組及其合作者使用高分辨角分辨光電子能譜對電子摻雜Sr2IrO4進行了系統的研究,發現了這第三個與銅氧化物類似的特征:電子-玻色子耦合。這一最新發現(如圖所示),不僅揭示了銥氧化物與銅氧化物另一個共同的物理性質,而且為研究摻雜莫特絕緣體中的核心問題:贗能隙,d波能隙以及電子-玻色子耦合間的關系,提供了一個嶄新的窗口。

中國科大為該論文第一單位,何俊峰研究組的博士后胡勇是該論文的第一作者,美國加利福尼亞大學Santa Barbara分校的Xiang Chen博士為該論文的并列第一作者,我校何俊峰特任教授為論文通訊作者。該工作得到了中科大科研啟動經費的資助。

附文章鏈接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.123.216402


(合肥微尺度物質科學國家研究中心、物理學院、中科院強耦合量子材料物理重點實驗室、科研部)


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