【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】在銅氧化物高溫超導研究中，一個重要的問題是理解材料體系隨著摻雜由絕緣體向金屬(以及超導體)轉(zhuǎn)變的過程。然而，實驗研究發(fā)現(xiàn)空穴摻雜和電子摻雜材料體系表現(xiàn)出一些不同的現(xiàn)象，使得對這個問題的理解更加復雜。Sr?IrO?是一種自旋軌道耦合Mott絕緣體，在理論上可以用跟銅氧化物高溫超導體類似的Hubbard模型描述，因此被視為可以與銅氧化物高溫超導體直接類比研究的材料體系。
 

　　中國科大物理系何俊峰課題組依托陳仙輝院士團隊，與國內(nèi)外研究人員合作，通過角分辨光電子能譜(ARPES)實驗，在電子摻雜Sr?IrO?中發(fā)現(xiàn)節(jié)點能隙(nodal gap)并揭示其演化過程，這些實驗結(jié)果與銅氧化物高溫超導體中的實驗發(fā)現(xiàn)高度一致，為理解摻雜自旋-1/2反鐵磁Mott絕緣體中的絕緣體-金屬(超導體)轉(zhuǎn)變的統(tǒng)一物理規(guī)律提供了關(guān)鍵實驗證據(jù)。這項工作于11月7日發(fā)表在Physical Review Letters上，題目為《Anomalous nodal gap in a doped spin-1/2 antiferromagnetic Mott insulator》。
 

圖1：節(jié)點能隙的摻雜依賴關(guān)系
 

　　在這項研究中，摻雜依賴的實驗發(fā)現(xiàn)，在低電子摻雜情況下，Sr?IrO?費米能級附近形成間隙電子態(tài)(in-gap states)，并在反鐵磁布里淵區(qū)邊界處打開能隙，類似于電子摻雜銅氧化物高溫超導材料中觀察到的實驗現(xiàn)象。隨著摻雜增加，在布里淵區(qū)對角線(0,0)-(π,π)方向出現(xiàn)一個新的節(jié)點能隙，這個發(fā)現(xiàn)又類似于空穴摻雜銅氧化物高溫超導材料中觀察到的實驗現(xiàn)象。隨著在Sr?IrO?中電子摻雜繼續(xù)增加，反鐵磁能隙消失，但節(jié)點能隙依然存在，更進一步摻雜使得節(jié)點能隙逐漸減小并最終消失，材料體系進入節(jié)點金屬態(tài)。這一演化過程同時再現(xiàn)了電子摻雜和空穴摻雜銅氧化物高溫超導體的特征。這些實驗發(fā)現(xiàn)，尤其是節(jié)點能隙的發(fā)現(xiàn)，暗示著摻雜自旋-1/2反鐵磁Mott絕緣體中的絕緣體-金屬(超導體)轉(zhuǎn)變可能存在著統(tǒng)一的路徑。
 

　　中國科大何俊峰課題組博士后胡勇(現(xiàn)為重慶大學教授)、美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室Christopher Lane博士為論文的共同第一作者，中國科大為論文的第一單位，中國科大何俊峰教授為論文的通訊作者。該研究得到國家自然科學基金委、科技部、中國科學院、中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金等資助。