冈山大学的研究人员最近进行的一项研究揭示了铜酸盐高温超导性的新见解，揭示了单轴应变可以诱导远程电荷密度波序，从而为开发更高效的超导材料提供了有价值的信息。来源:SciTechDaily.com

　　超导体是一种材料，当它们被冷却到特定的临界温度以下时，能够毫无电阻地导电。这些材料用于各种应用，如电网、磁悬浮列车和医疗成像设备。高温超导体比传统超导体在更高的临界温度下工作，在增强这些技术方面有很大的希望。尽管如此，其超导性的潜在机制尚未完全了解。

　　铜氧化物或铜酸盐是一类高温超导体，当电子和空穴(电子留下的空白空间)通过一种被称为掺杂的过程引入它们的晶体结构时，它们就会表现出超导性。有趣的是，在低掺杂状态下，由于超导所需的电子数量不足，赝隙(电子结构中的部分间隙)会打开。这种赝隙被认为是这些材料中超导性起源的潜在因素。

　　a.结果表明，超导性(SC)和长程CDW可以共存，增加应变抑制了超导性，增强了CDW的有序性。b.在0.15%应变下，近程CDW阶转变为远程CDW阶。来源:冈山大学的Shinji Kawasaki https://www.nature.com/articles/s41467-024-49225-w

　　此外，先前的研究已经揭示了铜酸盐低掺杂状态下的远程电荷密度波(CDW)顺序，这打破了氧化铜(CuO2)平面的晶体对称性。CDW是一种重复的波状电子图案，会影响材料的导电性。这种对称性破缺是非常重要的，因为已知超导性在对称性破缺态内部或附近出现。此外，在铋基铜超导体Bi2Sr2-xLaxCuO6+δ (Bi2201)中，强磁场可以诱导远距离对称破缺CDW序。尽管进行了广泛的研究，但这些现象在铜酸盐中超导性发生中的确切作用仍不清楚。

　　在一项新的研究中，由日本冈山大学物理系副教授Shinji Kawasaki领导的一组研究人员使用一种新方法研究了铜酸盐赝隙态高温超导性的起源。Kawasaki教授解释说:“在这项研究中，我们发现在最佳掺杂的Bi2201中存在一个远程CDW顺序，这是由一种新型压电驱动的单轴应变单元施加的拉压应变引起的，它故意破坏了CuO2平面的晶体对称性。”他们的研究结果发表在2024年6月14日的《自然通讯》杂志上。研究小组成员包括冈山大学筑田直郎女士、郑国清教授和德国马克斯-普朗克研究所林承天博士。

　　发现与启示

　　研究人员利用核磁共振(NMR)技术观察了掺杂最佳的Bi2201超导体在施加单轴压缩和拉伸应变时电子结构的变化。结果表明，当应变超过0.15%时，材料发生了明显的转变，由近程CDW阶转变为远程CDW阶。此外，增加应变抑制了超导性，同时增强了CDW的顺序，表明超导性和远距离CDW可以共存。这些结果表明，在铜酸盐的赝隙态中存在一个不局限于低掺杂状态的隐藏的长程CDW序列，该序列在应变下变得明显。

　　“这一发现挑战了磁性是铜氧化物主要驱动力的传统观念，并为构建超导理论模型提供了有价值的见解，”川崎教授评论道。强调了这项研究的潜在应用，他补充说:“这项研究的发现对阐明高温超导的潜在机制具有巨大的希望，为开发更实用的超导材料铺平了道路。高温超导体在电能无损传输和存储方面具有巨大的潜力，对节能和追求碳中和做出了重大贡献。此外，超导体在核磁共振成像技术中的应用有可能降低成本，使先进的医学成像更容易获得。”

　　总的来说，这项研究标志着理解高温超导起源的重要一步，突出了单轴应变作为理解其他类似超导体超导性的有价值工具的重要性。

　　参考文献:“最佳掺杂Bi2Sr2?xLaxCuO6超导体中应变诱导的远程电荷密度波序”，作者:Shinji Kawasaki, Nao Tsukuda，林承田和郑国清，2024年6月14日，Nature Communications。DOI: 10.1038 / s41467 - 024 - 49225 - w

　　该研究由JSPS KAKENHI和村田科学教育基金会(S.K.)资助。