高温超导体中的条纹相和赝能隙现象的研究

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自从1986年J.G.Bednorz和K.A.Muller发现铜氧化物高温超导材料以来,超导转变温度在很短的时间内由40K提高到加压后的164K。由于转变温度Tc非常高,超过了液氮温度,具有广泛的应用前景,这就促使了人们对其超导电性机制和应用方面的研究。   20多年来物理学家进行了不遗余力地探索,但是铜氧化物高温超导体的超导机制仍然是个悬而未决的问题,而蕴含其中的能隙问题,尤其是赝能隙的起源及其与超导能隙之间的关系,也一直是高温超导机制中的一个谜。赝能隙态的打开温度T*要比超导转变温度Tc高很多,且能隙的大小随掺杂的增加而单调减少。赝能隙态最主要的特征就是在节点区域((±π/2,±π/2))附近出现了费米弧,但该费米弧的长度会随掺杂等其他因素的变化而变化。同时,费米弧常被弱的费米口袋所包围。这些现象已经被光电子能谱实验(ARPES)和其它实验工具所证实。   为了解释铜氧化合物高温超导体里的赝能隙现象,到目前为止,人们提出了许多理论模型。中子散射实验观察到了一维的横向电荷和自旋条纹,因此人们试图用不同的条纹相模型来解释铜氧化物超导体的磁化率和其它方面的性能。最近,Granath和Andersen引进一维横向条纹相模型来模拟费米弧和费米口袋。然而,他们模拟得到的费米口袋太小且关于节点不对称,这与实验观测到的结果相矛盾。   本论文以此为出发点,我们引进波矢为(7π/8,7π/8)的对角条纹相来研究铜氧化物里的费米弧和费米口袋。通过模拟计算我们得到的费米弧和费米口袋的大小、位置及其结构与Meng等人在2009年里的测量结果高度一致。换句话说,Meng等人观察到的超结构和费米弧特征等现象可以用这种理论模型来解释。同时,我们也计算了体系的低能谱函数和态密度。结果表明,费米口袋是由费米能级上的主带和影带造成的。在费米能之上,影带逐渐远离主带,就剩下了费米弧。因此,我们推测费米弧和费米口袋的形成主要归因于条纹相,而和配对毫无关系。当在条纹相里加上d波配对项时,反节点区域的谱分量被去掉了,就在节点区域附近留下了干净的费米口袋。
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