发现高温超导体中电荷密度调制的关键新方面

电荷密度波只是电荷调制现象的冰山一角：电荷密度波动更为普遍，并且对于解开高温超导体的秘密可能至关重要。

查尔默斯理工大学和米兰理工大学的研究人员已经确定了铜酸盐高临界温度超导体中电荷密度调制的一个至关重要的新方面。他们发现了一种新的电子波，它可以帮助揭示有关超导材料的一些奥秘。研究结果发表在《科学》杂志上。

高临界温度超导体具有可变的电荷密度，这意味着它们的电荷分布不均匀。部分原因是几年前发现的所谓的“电荷密度波”。但是，仅在某些条件下才观察到它们偶尔存在。因此，它们不被认为是影响材料超导性能的因素。

然而，研究人员现在发现的是可变电荷密度的另一个方面，他们称之为“电荷密度波动”。这些已被识别为集体的且具有较短的相关长度的附加电荷调制。它们非常普遍，这意味着与传统的电荷密度波相比，它们以更大的温度范围存在，最高到室温，甚至更高，并且存在不同程度的氧掺杂。

微技术和纳米科学系博士后研究员里卡多·阿尔帕亚（Riccardo Arpaia）说：“这些电荷密度波动可能是高临界温度超导体高度非常规的室温特性的重要组成部分，这挑战了我们对金属中电荷传输的普遍理解。”在查默斯（Chalmers）进行了这项研究。

Riccardo Arpaia，查尔莫斯大学微技术与纳米科学系的博士后研究员。

“人们可以说已经众所周知的电荷密度波只是冰山一角。我们现在已经确定了电荷密度的波动，就像冰山隐藏的大部分一样。”里卡多·阿尔帕亚（Riccardo Arpaia）说。“由于基于同步加速器的X射线散射技术的重大发展，以及我们使用的样品的质量，这些发现才得以实现。”

这些样品是在那不勒斯的意大利国家研究委员会和由弗洛里亚纳·伦巴第教授领导的查尔默斯研究小组中制造的。

论文的进一步发现着眼于电荷密度波动是如何随着材料温度的变化而变化的。达到临界温度后，先前已知的电荷密度波会突然变化，这意味着，取决于材料是否处于超导状态，新发现的电荷密度波动不会受到超导性的影响。这表明这两个特征并不相互“竞争”。这一发现可能会加强研究人员的理论，即电荷密度波动是解释这些材料之谜的关键。

由于超导体在如此低的温度下运行，因此它们需要从液氦或液氮中冷却，这使其价格昂贵且难以在某些商业应用之外使用。但是，如果可以使超导体在接近室温的条件下工作，则它具有巨大的潜力。因此，有很多兴趣可以增进我们对这类超导体工作原理的理解。

米兰理工大学物理学教授Giacomo Ghiringhelli对这项研究表示：“自2012年以来，当首次观察到铜酸盐中的电荷密度波时，它们的重要性一直没有受到争议-但它们的作用仍不清楚。新近观察到的电荷密度波动似乎是这些材料的非常普遍的特性，这意味着它们可能在铜酸盐电流传输中起关键作用。”

阅读《科学》杂志上的文章“遍布铜基高Tc超导体的动态电荷密度波动”。

有关超导体的更多信息

超导体是一种材料，当暴露于一定的温度（称为“临界温度”）时，会突然获得令人难以置信的新特性-主要是它们可以以零电阻传导电荷。

当前大多数商业使用的超导体被称为低临界温度，通常意味着低于-240摄氏度。同时，高临界温度超导体是那些在较高温度下仍具有超导性能的导体，尽管仍比零以下数百度。最常见的类型是“铜酸盐”，由铜和氧的混合物制成–研究人员研究的是这类超导体。

欧洲研究合作

该论文的共同主要作者Riccardo Arpaia是查尔默斯科技大学的研究员，他通过瑞典研究委员会国际博士后计划的框架，也在米兰理工大学的Giacomo Ghiringhelli小组中进行了研究。实验。

查默斯（Chalmers）和米兰理工大学（Politecnico di Milano）都是IDEA联盟的成员，该联盟是由五所欧洲领先技术大学组成的联盟，旨在通过共享学术资源和知识来鼓励和提升欧洲对科学技术的研究。

与意大利国家研究委员会（CNR）和罗马萨皮恩扎大学的研究人员合作，在格勒诺布尔的欧洲同步加速器辐射设施进行了实验。

共振非弹性X射线散射

研究人员通过使用一种称为共振非弹性X射线散射的技术来识别电荷密度波动。RIXS是一种光谱技术，其中光子（X射线辐射）由于与电子云的相互作用而从材料中散射出来。

顾名思义，RIXS是一种共振技术，因为入射光子的能量与特定的电子跃迁重合，​​因此发生共振（在本文所示的情况下，Cu L3边沿为931 eV）。这大大增强了信号。由于这个原因，RIXS当前代表了一种用于检测弱电荷密度调制（具有特别短的相关长度）的最佳技术，甚至超过了中子散射和扫描隧道显微镜技术所设定的先前极限。

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ESRF和米兰理工大学（Politecnico di Milano）共同实现的创新性“ ERIXS”仪器使这项工作中取得的非凡成果成为可能。

参考：R. Arpaia1，S. Caprara，R. Fumagalli，G. De Vecchi，YY Peng，E. Andersson，D. Betto，GM De撰写的“遍布铜基高Tc超导体的动态图的动态电荷密度波动”。卢卡（NB）布鲁克斯（Luc Brooks），伦巴第（F.Lombardi），萨洛佐（M.Salluzzo），布雷科维奇（L.
10.1126 / science.aav1315