高温超导为何成为可能研究人员更接近统一理论

在含铜材料(称为铜酸盐)中，超导性与磁自旋和电荷密度波 (CDW) 序两种特性竞争。这些特性揭示了超导体中电子的不同部分。每个电子都具有自旋和电荷。

在普通金属中，自旋相互抵消，材料中的电荷均匀分布。然而，高温超导体(如铜酸盐)中强烈的电子间相互作用会产生其他可能的状态。

《自然通讯》杂志发表的一项新研究考察了强磁相互作用导致部分电子自旋沿条纹排列的材料。当自旋密度波 (SDW) 和 CDW 锁定在一起形成稳定的长距离“条纹状态”时，就会发生这种情况，其中两个波的波峰和波谷对齐。

这种状态增强了 SDW 和 CDW 的稳定性。这种条纹状态与超导相竞争并中断超导相。然而，现在研究人员发现，短程 CDW 可以与铜酸盐材料中的超导性兼容，而不是竞争。这一发现与科学界的传统观点背道而驰。

正如预期的那样，短程 CDW 与长程条纹竞争以抑制超导性。出乎意料的是，CDW 还与短程超导共存并得到其增强。

该研究还发现了短程电荷有序性可能使超导相中的涡旋形成和运动成为可能。这意味着研究人员可能能够通过控制或增强短程电荷有序性来稳定高温和磁场下的超导性。

该结果还为铜酸盐超导性的统一量子描述的发展提供了重要的见解。

这项研究是利用铜酸盐 La 1.885 Sr 0.115 CuO 4中先前未知的高磁场区域的X 射线测量进行的。

CDW 序由两个部分组成，它们以不同的磁场和温度依赖性为特征。

样品自发分离为超导区域和自旋电荷条纹有序区域，阐明了长程自旋有序和块体超导如何共存。

更有趣的是，在低场中观察到的静态涡旋状态可以在 12 至 24 特斯拉的高场中变成流体，即涡旋液体状态。

在这些场中，长程超导相被场感应移动涡旋抑制。令人惊讶的是，CDW 强度的突然增强与涡旋熔化场相称——该场比淬灭超导性的上临界场小得多。

这项研究支持超导转变的相无序场景，促进了铜氧化物超导体中密度波和超导的统一量子描述。

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