Nature Physics：清华王亚愚团队，过掺杂铜氧化物超导材料-

铜氧化物超导体材料cuprate superconductors，随着其掺杂的增加，超导转变温度从最佳掺杂时增加到最大值，然后在过掺杂区域中降低。在过去的几十年里，研究主要集中在相图的欠掺杂区和最佳掺杂区。其中，诸如赝能隙和奇异金属非超导态等现象，使得很难确定超导配对机制。最近，实验表明，在正常态和超导态下，过掺杂铜氧化物呈现了非常规行为。然而，在没有赝隙情况下，对非常规超导电性的实空间研究仍然缺乏，并且在过掺杂区域中，超导体到金属相变，仍然存在争议。

今日，清华大学王亚愚Yayu Wang团队邹昌炜Changwei Zou和郝镇齐Zhenqi Hao(共同一作)在Nature Physics上发文，报道了使用扫描隧道显微镜，研究过掺杂Bi2Sr2CaN 1CuNO2N+4+δ铜氧化物的原子尺度电子结构。研究表明，在低能量下，色散d波准粒子干涉图样很好地描述了光谱图。然而，当偏压增加到超导相干峰值能量时，出现周期性和非色散图案。相干峰位置，表现出粒子-空穴不对称性particle–hole asymmetry，并以相同周期进行调制。为此，研究提出这种行为是由于准粒子干涉quasiparticle interference引起的，而准粒子干涉是由平坦反波节Bogoliubov带之间的对破缺散射引起的。

Particle–hole asymmetric superconducting coherence peaks in overdoped cuprates。

过掺杂铜氧化物中的粒子-空穴不对称超导相干峰。

图1：样品1欠掺杂Bi-2223节点QPI和反节点对称破缺状态。

图2：样品5过掺杂Bi-2223的

调制。

图3：样品5过掺杂粒子-空穴不对称SC相干峰。

图4：粒子-空穴不对称性的普遍性及其掺杂演化。

图5：平带散射粒子-空穴不对称理论模型。

该项研究发现，揭示了在过度掺杂铜氧化物中，存在一种新节点-反节点二分性nodal–antinodal dichotomy ，这是因为标准d波和强重整化的平坦 Bogoliubov quasiparticle BQP之间的差异。这明显不同于在传统图像中所预期的，并且与过掺杂相图中，高超导转变温度Tc超导电性高度相关。研究发现，基于八重态模型准粒子干涉quasiparticle interference，QPI分析表明，在反节点费米面中不存在相干d波BQP。这似乎与角分辨光电子能谱 angle-resolved photoemission spectroscopy，ARPES 观测结果不一致，其展现了Sc态中的相干反节点峰值，即使对于掺杂不足的材料也是如此。现在这个矛盾有了一个令人满意的解释：QPI中反节点相干性缺失，是普遍节点-反节点二分性，在超导态中普遍存在的结果。在欠掺杂材料中，反节点区域与赝能隙的出现是不相干的，而在过掺杂铜氧化物中，平坦BQP带占主导地位，两者都对长程QPI形成起着不利作用。在Bi-2223和Bi-2212中，波腹间散射的掺杂演变，没有表现出明显临界行为（例如在p=0.19），表明量子相变。相反，该项研究工作建议，从非相干赝能隙（红色色调，图4c）到重整化BQP激发（图4c中的蓝色色调））在反节点费米面中，与最近直接测量费米面和超流体密度实验一致。需要进一步的理论,阐明过掺杂铜氧化物中,非常规平坦BQP带的物理起源。

此外，该项研究也探究了超流体消失，如何发生在超导体到金属的转变过程。由于节点-反节点二分性，节点电子形成密集重叠的库珀对，负责输运和热力学性质，因此是超流体。另一方面，反节点电子缺乏长程相位相干性，并作为超导电性的竞争者。最近研究也表明，即使配对相互作用保持不变，无序诱导的波腹-波腹散射，也会导致系统自发地产生间隙异质性。随着平带出现，这种散射导致超导体演变成嵌入正常金属中的超导岛。这种不均匀性，具有降低零温超流密度的作用，并最终导致向金属态转变。

文献链接：https://www.nature.com/articles/s41567-022-01534-x

DOI: https://doi.org/10.1038/s41567-022-01534-x

本文译自Nature。

研究透视：Nature Physics-铜氧化物超导体,费米面转变，赝能隙量子临界点