清華大學最新Science封面：將電荷轉移能隙與Bi₂Sr₂Ca_n-1Cu_nO_2n+4+δ的清華最大轉變溫度相關聯

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【導讀】

確定超導轉變溫度(T_c)的普遍趨勢及其與其他物理參數的相關性，可以為闡明超導電性的大學起源提供重要線索。自從在氧化銅材料(簡稱銅氧化物)中發現高T_c超導電性以來，朱靜作最人們在理解是王亞什么控制了T_c方面做了大量的工作。關于銅酸鹽化合物的愚教移T_c有兩種趨勢：一種是對于特定的銅酸鹽化合物，T_c的授合穹頂狀摻雜依賴性，其中T_c(T_c,max)的新S隙最大值位于空穴濃度p≤0.16處。另一種是封面同系物的T_c,max隨單位晶胞中CuO₂晶面數目(n)的變化，當n = 3時T_c,max最高。將電理解這些經驗規則背后的荷轉物理起源可以最終解決銅氧化物中的配對機制問題。

【成果掠影】

今日，清華清華大學朱靜教授、大學王亞愚教授課題組使用先進的朱靜作最電子顯微鏡對1≤n≤9的Bi₂Sr₂Ca_n-1Cu_nO_2n+4+δ家族中銅氧化物的原子結構進行了成像。本工作發現，王亞電荷轉移能隙大小(Δ)隨n的愚教移演化可以同時測量。本工作確定了Δ的n依賴關系遵循倒鐘形曲線，在n=3時Δ值最小。Δ,n和T_c,max之間的關聯可以闡明銅酸鹽超導電性的起源。相關論文以題為“Correlating the charge-transfer gap to the maximum transition temperature in Bi₂Sr₂Ca_n-1Cu_nO_2n+4+δ”發表在Science上，并被選作該期封面文章。

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【數據概況】

圖1. 1≤n≤9的Bi₂Sr₂Ca_n-1Cu_nO_2n+4+δ銅酸鹽的T_c,max和原子分辨晶體結構? 2023 AAAS

圖2. 利用STM和STEM-EELS技術對Δ進行探測? 2023 AAAS

圖3. 畢氏家族銅氧體中Δ隨n的演化? 2023 AAAS

圖4. Δ,n與T_c,max的相關性? 2023 AAAS

【成果啟示】

綜上所述，本工作的研究表明，具有不同頂端環境的CuO₂平面具有非常不同的Δ，這不僅表現在與n的演化中，而且表現在IP總是比同一化合物的OP具有更小的Δ尺寸。因此，IP的J_eff大于OP的J_eff，如圖3E所示，這與之前對成對強度的研究結果一致。因此，Δ和T_c,max在同系物中隨n的不同而顯著變化的根本原因很可能與CuO₂平面外的軌道有關，表明銅酸鹽中潛在的電子結構和軌道參數對稱性之間的相互作用。

文獻鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.add3672