来自波士顿学院(Boston College)和布鲁克海文国家实验室(Brookhaven National Laboratory)研究人员成功地将一种铜酸盐高温超导体材料改造成绝缘状态，并在那里发现了一种奇异的液晶相。研究小组2018年12月17日在《自然材料》(Nature materials)上报道称：在铜酸盐中观察到所谓的“电荷带”晶体相，是此类晶体的首次发现。铜酸盐是莫特绝缘体(Mott绝缘体)一类材料的一部分。没有自由载流子表示该材料是“未掺杂的”。掺杂过程引入了载流子，理论认为，铜酸盐在掺杂时，会看到载流子的阶数，并形成具有周期性“电荷条纹”图案的液晶相。
博科园-科学科普：该研究报告的主要作者、波士顿学院物理学助理教授伊尔贾•泽尔科维奇说：迄今为止，只有在超导状态下才能通过实验观察到这种模式。Zeljkovic和团队成员(包括其实验室成员)、波士顿大学物理教授王子强和纽约Brookhaven国家实验室的研究人员使用了一种新的方法来在绝缘状态下感应充电顺序，他们在文章中提出了“绝缘铜带中的电荷条纹结晶相”的文章。研究小组采用了表面退火的方法，这是一种头部处理方法，用来改变金属的物理和化学性质。这一过程使研究小组扩大了由铋、锶、钙、铜和氧组成的铜酸盐的可达掺杂范围。
波士顿大学和布鲁克海文国家实验室的研究人员利用扫描隧道显微镜分析了一种被修饰成绝缘状态的铜酸盐高温超导体。图片：Nature Materials
通过对新材料区域的研究，该团队实现了“轻掺杂、电荷转移绝缘体状态”。研究小组使用扫描隧道显微镜和液氦温度下的光谱分析了原子层面的绝缘状态。测量揭示了一种单向电荷条带顺序的出现，它的波长恰好是4个原子晶格常数。数据还证明，轻掺杂的铜酸盐倾向于在双向‘棋盘’顺序上形成条纹，从而解决了该领域长期存在的争议，这些争议无法用现有的高掺杂样品数据来解决。研究人员下一步想探索在超导状态下观察到的电荷有序相和电荷有序相之间的关系。这一发现提出了一个问题，即电荷载体的“自旋”是否也会形成周期性的模式，形成所谓的自旋密度波。
博科园-科学科普｜研究/来自：波士顿学院
参考期刊文献:《Nature Materials》
论文DOI: 10.1038/s41563-018-0243-x
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