解讀-摻雜1D銅酸鹽鏈中異常強的近鄰引力

稀、飯 2年前 (2021-09-10) 1670瀏覽

【引言】
高TC銅酸鹽等電子材料中強關聯的復雜性一直是凝聚態物理的中心課題。但是，到目前為止，在二維( 2D )及以上還沒有得到多體哈密頓量的精確解，使得理論與實驗的定量比較成為一個挑戰。為了解決這一問題，一個重要的、有希望的途徑可能是通過對一維(1D)系統的分析：降維使微觀哈密頓量如哈伯德模型和低能場理論等精確解沒有偏差。這樣的可能性在理論上已經得到了認可，但由于缺乏合適的實驗材料體系，其進展一直被阻礙。
在一維系統中，強關聯表現為所謂的自旋電荷分離。光致空穴會分解成一個‘自旋子’和一個‘全息子’，分別攜帶自旋和電荷，從而產生不同傳播速度的分離光譜分支。對于半填充d9體系，這種自旋電荷分離和Mott間隙已被角分辨光發射譜(ARPES)證實。然而，未摻雜情況下光譜的簡單性以及摻雜載流子之間相互作用信息的缺乏阻礙了與底層微觀模型的聯系。特別是，像哈伯德或t-J模型那樣的基本哈密頓量是否包含了一般銅酸鹽性質的所有必要成分，包括2D中的d波超導電性，還有待確定。要回答這個問題，對一維銅酸鹽鏈化合物的摻雜依賴性研究將是必不可少的。然而，經過二十多年的努力，可控摻雜的1D銅酸鹽體系仍然難以捉摸。
今日，斯坦福大學的中科院外籍院士，美國三院院士沈志勛和斯坦福大學Thomas P. Devereaux以共同通訊作者身份，通過合成一維Ba2-xSrxCuO3+d，成功實現了角共享杯狀物鏈中廣泛的空穴摻雜。作者通過角度分辨光發射實驗揭示了全息子和自旋子分支的摻雜演化，確定了一個突出的折疊分支，其強度與簡單的哈伯德模型的預測不匹配。本工作發現一個額外的強近鄰吸引，可能是由于耦合到聲子上而產生的，定量解釋了所有可達摻雜水平的實驗。考慮到銅酸鹽在結構和量子化學上的相似性，這種吸引力將在高tc超導對應物中發揮同樣關鍵的作用。相關研究成果以“Anomalously strong near-neighbor attraction in doped 1D cuprate chains”為題發表在Science上。
【圖文導讀】
圖1.?強相關的反鐵磁性( AFM )銅酸鹽鏈
圖2.?孔摻雜系列的ARPES光譜
圖3.?全息折疊的識別
圖4.?強的全息折疊表明了哈伯德模型之外具有吸引力的相互作用
文獻鏈接：“Anomalously strong near-neighbor attraction in doped 1D cuprate chains”(Science， 10.1126/science.abf5174)
本文由溫華供稿。
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