清华大学朱静、王亚愚教授合作最新Science封面：将电荷转移能隙与Bi2Sr2Can-1CunO2n+4+δ的最大转变温度相关联

清华大学最新Science封面：将电荷转移能隙与Bi₂Sr₂Ca_n-1Cu_nO_2n+4+δ的最大转变温度相关联

【导读】

确定超导转变温度(T_c)的普遍趋势及其与其他物理参数的相关性，可以为阐明超导电性的起源提供重要线索。自从在氧化铜材料(简称铜氧化物)中发现高T_c超导电性以来，人们在理解是什么控制了T_c方面做了大量的工作。关于铜酸盐化合物的T_c有两种趋势：一种是对于特定的铜酸盐化合物，T_c的穹顶状掺杂依赖性，其中T_c(T_c,max)的最大值位于空穴浓度p≤0.16处。另一种是同系物的T_c,max随单位晶胞中CuO₂晶面数目(n)的变化，当n = 3时T_c,max最高。理解这些经验规则背后的物理起源可以最终解决铜氧化物中的配对机制问题。

【成果掠影】

今日，清华大学朱静教授、王亚愚教授课题组使用先进的电子显微镜对1≤n≤9的Bi₂Sr₂Ca_n-1Cu_nO_2n+4+δ家族中铜氧化物的原子结构进行了成像。本工作发现，电荷转移能隙大小(Δ)随n的演化可以同时测量。本工作确定了Δ的n依赖关系遵循倒钟形曲线，在n=3时Δ值最小。Δ,n和T_c,max之间的关联可以阐明铜酸盐超导电性的起源。相关论文以题为“Correlating the charge-transfer gap to the maximum transition temperature in Bi₂Sr₂Ca_n-1Cu_nO_2n+4+δ”发表在Science上，并被选作该期封面文章。

【数据概况】

图1. 1≤n≤9的Bi₂Sr₂Ca_n-1Cu_nO_2n+4+δ铜酸盐的T_c,max和原子分辨晶体结构© 2023 AAAS

图2. 利用STM和STEM-EELS技术对Δ进行探测© 2023 AAAS

图3. 毕氏家族铜氧体中Δ随n的演化© 2023 AAAS

图4. Δ,n与T_c,max的相关性© 2023 AAAS

【成果启示】

综上所述，本工作的研究表明，具有不同顶端环境的CuO₂平面具有非常不同的Δ，这不仅表现在与n的演化中，而且表现在IP总是比同一化合物的OP具有更小的Δ尺寸。因此，IP的J_eff大于OP的J_eff，如图3E所示，这与之前对成对强度的研究结果一致。因此，Δ和T_c,max在同系物中随n的不同而显著变化的根本原因很可能与CuO₂平面外的轨道有关，表明铜酸盐中潜在的电子结构和轨道参数对称性之间的相互作用。

文献链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.add3672