【儀表網 研發快訊】在銅氧化物高溫超導研究中，一個重要的問題是理解材料體系隨著摻雜由絕緣體向金屬(以及超導體)轉變的過程。然而，實驗研究發現空穴摻雜和電子摻雜材料體系表現出一些不同的現象，使得對這個問題的理解更加復雜。Sr?IrO?是一種自旋軌道耦合Mott絕緣體，在理論上可以用跟銅氧化物高溫超導體類似的Hubbard模型描述，因此被視為可以與銅氧化物高溫超導體直接類比研究的材料體系。
中國科大物理系何俊峰課題組依托陳仙輝院士團隊，與國內外研究人員合作，通過角分辨光電子能譜(ARPES)實驗，在電子摻雜Sr?IrO?中發現節點能隙(nodal gap)并揭示其演化過程，這些實驗結果與銅氧化物高溫超導體中的實驗發現高度一致，為理解摻雜自旋-1/2反鐵磁Mott絕緣體中的絕緣體-金屬(超導體)轉變的統一物理規律提供了關鍵實驗證據。這項工作于11月7日發表在Physical Review Letters上，題目為《Anomalous nodal gap in a doped spin-1/2 antiferromagnetic Mott insulator》。
圖1：節點能隙的摻雜依賴關系
在這項研究中，摻雜依賴的實驗發現，在低電子摻雜情況下，Sr?IrO?費米能級附近形成間隙電子態(in-gap states)，并在反鐵磁布里淵區邊界處打開能隙，類似于電子摻雜銅氧化物高溫超導材料中觀察到的實驗現象。隨著摻雜增加，在布里淵區對角線(0,0)-(π,π)方向出現一個新的節點能隙，這個發現又類似于空穴摻雜銅氧化物高溫超導材料中觀察到的實驗現象。隨著在Sr?IrO?中電子摻雜繼續增加，反鐵磁能隙消失，但節點能隙依然存在，更進一步摻雜使得節點能隙逐漸減小并最終消失，材料體系進入節點金屬態。這一演化過程同時再現了電子摻雜和空穴摻雜銅氧化物高溫超導體的特征。這些實驗發現，尤其是節點能隙的發現，暗示著摻雜自旋-1/2反鐵磁Mott絕緣體中的絕緣體-金屬(超導體)轉變可能存在著統一的路徑。
中國科大何俊峰課題組博士后胡勇(現為重慶大學教授)、美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室Christopher Lane博士為論文的共同第一作者，中國科大為論文的第一單位，中國科大何俊峰教授為論文的通訊作者。該研究得到國家自然科學基金委、科技部、中國科學院、中央高校基本科研業務費專項資金等資助。
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