稀土磁性材料中發現贗能隙
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下一篇 2011-07-23 17:08:01
物理學家首次在磁性材料中觀察到贗能隙（pseudogap），而贗能隙以前只在高溫超導體中才能看到。這一研究成果打破了以前的看法，表明贗能隙并不唯一存在于高溫超導體中；而且電子和晶格振動的相互作用在這些材料中起了重要的作用，這種看法也與當前的認識完全不同。
超導即材料內部無電阻，將超導材料冷卻到超導轉變溫度以下便能觀察到這種現象，此時電子克服電子之間的庫侖斥力而形成庫侖對。根據低溫超導體BCS理論，這種庫侖對是電子與聲子（晶格的振動）相互作用的結果。
大多數的高溫超導體由銅氧層構成，超導轉變溫度可達138K。高溫超導于1986年在銅酸鹽材料中被發現，關于高溫超導體的超導機制一直是凝聚態物理中最具挑戰的難題之一，迄今為止一般認為與聲子無關。
超導體的特征之一是具有能隙，用來打破庫侖對使之成為單個自由電子。然而在20世紀90年代中期物理學家在銅酸鹽高溫超導材料中發現了與低溫超導體相似的能隙，稱為“贗能隙”；同時也發現高溫超導體的其它電學性能隨著動量空間方向的改變而變化。上述這兩個特征一直被認為是高溫超導體所具有的獨特特征。
然而，斯坦福大學的沈志遜和他的美國、加拿大、日本和荷蘭的研究伙伴目前在金屬亞錳酸鹽化合物中觀察到贗能隙，該化合物含有鑭、鍶、錳、氧元素，這是一種與高溫超導完全不同的材料。這種材料具有龐磁阻效應，當把該材料冷卻到某一臨界溫度時，材料變為鐵磁體，同時伴隨著電阻的大幅度降低。
沈志遜研究小組使用角分辨光電發射能譜（ARPES）測量電子的速度和散射速率與能量的關系函數。測得的能譜顯示鐵磁相中電子的運動與晶格振動有著密切的關系；而且能譜隨著動量空間的改變而變化，顯示出與高溫超導體相似的贗能隙特征。這一研究成果意味著贗能隙并不只存在于超導體中，而是所有相變金屬氧化物的一個共有特征。科學家也許不得不重新考慮高溫超導中聲子的作用。
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