铜氧化物超导体中轻度掺杂的CuO2平面中持续的费米能级口袋和稳定的电子配对现象

《Nature Communications》：Persistent Fermi pockets and robust electron pairing in lightly doped CuO2 planes of cuprate superconductors

　　

摘要

铜氧化物超导体中的高温超导性通常被认为是由于对莫特绝缘体进行掺杂而产生的。掺杂后的母体化合物的基本性质以及电子配对的形成机制仍然是理解超导性出现的关键问题。在这里，我们利用高分辨率的空间分辨激光角分辨光电子能谱（ARPES）研究了多层铜氧化物Bi₂Sr₂Ca_n?1Cu_nO_{2n+4+δ（n=5~8）中CuO2层的内在电子结构。内部的CuO2层与杂质相隔较远，为研究其内在电子相图提供了一个难得且理想的平台。我们观察到明确的费米能级口袋，其中空穴掺杂水平低至0.007电子伏特，这表明在引入极少量掺杂后，材料从莫特绝缘体状态突然转变为金属态。最内部的CuO2层（IP0）显示出无能隙的费米能级口袋，而第二内部的CuO2层（IP1）则表现出高达约33毫电子伏特的各向异性超导能隙，这表明强电子配对与强反铁磁序共存。我们的发现为理解铜氧化物超导体中的掺杂驱动转变和配对机制提供了新的框架。}