清华大年夜学在超导氧化物铋锶钙铜氧研究中取得进
发表时间:2019-12-02 作者:211大年夜学网

  近日,材料学院朱静传讲课题组、物理系段文晖传讲课题组及薛其坤传讲课题组在材料范畴威望期刊《先辈功能材料》(Advanced Functional Materials)上结合发表了题为“搀杂氧原子在铋锶钙铜氧超导氧化物中的直接不雅察”(Visualization of Dopant Oxygen Atoms in a Bi2Sr2CaCu2O8+δ Superconductor)的研究成果。研究应用球差改正电镜中的iDPC-STEM成像和模仿技巧 (基于扫描透射成像的积分-微分相位衬度办法),直接不雅察到了Bi2Sr2CaCu2O8+δ(Bi-2212)超导氧化物中的搀杂氧原子在晶格点阵中的地位。

  恰当浓度的搀杂氧原子关于铜基超导氧化物中空穴载流子浓度和超导特点都相当重要。是以,测定搀杂氧原子的地位,懂得引入搀杂氧原子后对原有晶体的对称性和电、磁序参量的影响,关于懂得超导构成机制具有非常重要的意义。该任务应用iDPC-STEM技巧,直接在原子标准上不雅察到了Bi2Sr2CaCu2O8+δ中搀杂氧原子的地位(如图1所示)。成果注解,室温下搀杂氧原子位于BiO和SrO原子层中心的张应力区域,并出现不均匀分布,有的区域出现成对氧原子,有的区域出现单个氧原子。这注解BiO和SrO原子层层间为超导的空穴载流子库。以实验取得的数据构建了单胞的原子构型,应用第一性道理计算,研究了搀杂氧原子对点阵、轨道和电荷序参量的影响(如图2所示)。成果注解,在原有没有公度调制构造的基本上,搀杂氧原子的引入加重了BiO和SrO层的畸变,招致CuO5配位场的畸变。同时,Bi原子与搀杂氧原子之间产生了电荷转移。CuO5配位场的畸变,也有益于电荷从BiO层向CuO2层的转移。该任务为超导机制的懂得供给了赞助。

  图1. 超导Bi-2212中搀杂氧原子的iDPC-STEM像 (a)Bi-2212[010]带轴的iDPC-STEM像 (b, c)Bi2212的原子构造模型和基于原子模型的像模仿 (d, e)搀杂氧原子在不合地位的不均匀分布。

  图2. 基于实验成果的搀杂氧原子Bi-2212构造的DFT计算:(a, b)有搀杂氧原子Bi-2212弛豫后的构造和相关于无搀杂氧原子的原子位移图; 搀杂前(c)后(d)搀杂氧原子邻近的局域原子构造。

  文章的两位审稿人都分别指出了文章的价值和重要性:“这项任务很成心义也异常重要。他们的实验和数据为 Bi-2212超导体中电荷转移机理供给了公道的解释和解释。这个成果对高温超导范畴的研究者有必定的赞助。”“Bi-2212化合物是一种异常重要的超导材料,该论文对该资估中搀杂氧原子的地位给出了清楚和结论性的阐述。”

  该论文合营第一作者为材料学院宋东升博士(博士生时代完成任务),博士生张学峰和物理系廉朝胜博士(博士后时代完成任务),通信作者为朱静传授和段文晖传授。

  该研究任务取得了国度天然迷信基金基本迷信中间项目和国度天然迷信基金严重年夜项目及973项目等支撑。