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科学探索

条纹序与高温超导性的共存

科学探索万象经验2024-06-06

高溫超导性,即某些材料在远高于经典物理允许的温度下以零电阻导电的能力,几十年来一直是凝聚态物理学中的核心挑战。哈伯德模型,一个描述晶格中电子相互作用的简化理论框架,已成为研究这种现象的关键工具。

最近在《科学》杂志上发表的一项研究,揭示了哈伯德模型中超导电性和一种称为条纹的特定电子有序模式之间的相互作用。他们的发现挑战了一些之前的假设,并为理解高温超导体这一复杂领域提供了宝贵的见解。

哈伯德模型是一个晶格模型,描述了电子在材料中的原子站点之间跳跃。它考虑了占据相同站点电子之间的现场排斥力,模拟了库仑相互作用。这个模型抓住了电子之间强相关性的本质,这是高温超导体的一个关键特征。通过调整电子的数量(掺杂),科学家们可以探索不同的机制——空穴掺杂(去除电子)和电子掺杂(添加电子)——以及它们对材料特性的影响。

条纹是材料内部电子自组织的排列。在高温超导体中,条纹由富含电子和贫含电子的交替区域组成。条纹与超导性之间的关系一直存在争议,一些理论表明条纹可能会抑制超导性,而另一些理论则提出它们可能在其出现中发挥作用。

研究人员采用了一种强大的计算技术,结合了两种先进方法,以空前的精度模拟了具有下一近邻跳跃的哈伯德模型。这两种方法是密度矩阵重整化群(DMRG)和受限路径(CP)辅助场量子蒙特卡洛(AFQMC)。这两种方法是互补的;DMRG在狭窄的圆柱体中表现出色,而CP AFQMC可以处理更宽的圆柱体和环面。研究中使用的扭曲平均边界条件至关重要,有效地采样了低能态,并允许推断到热力学极限。

结果显示,在哈德伯模型的电子掺杂和空穴掺杂区域都发现了超导性。在电子掺杂区域,超导性较弱,并且在低掺杂水平时与反铁磁性奈尔相关性共存。相反,空穴掺杂侧展现出强超导性,并伴随条纹序,这种条纹序一直持续到过掺杂区域,但空穴密度调制较弱。这些条纹既不像纯哈德伯模型中那样完全填充,也不像之前的计算中那样半填充,而是在 0.6 到 0.8 之间变化。

新研究提供了令人信服的证据,证明超导电性和部分填充条纹可以在哈伯德模型**存,这挑战了条纹与超导性之间简单对抗关系的想法。观察到的掺杂体系差异表明,条纹、超导性和掺杂浓度之间的相互作用在其中起着至关重要的作用。
摘自: www.ws46.com

该研究的发现是关键的,因为它们验证了哈德伯模型在描述铜基高温超导体方面的适用性。超导性与部分填充条纹的共存为不同量子态之间的相互作用提供了细致的理解,并为哈德伯模型的基态属性提供了更全面的图景。

未来的研究方向包括研究条纹影响超导性的微观机制。此外,探索其他因素(如材料缺陷和外部压力)的作用可以提供更全面的高温超导理解。

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