物理所首次在铜氧化物高温超导体中观测到压力导致的超导-凯发官网入口首页

　　对固体施加一个压力，晶格常数会变小，由此可增加能带宽度，把一个绝缘体转变为导体。这是高压诱导的绝缘体向导体的转变是固体材料常见的物理现象，称之为wilson转变。而把一个金属甚至超导体通过压力，在不改变电子的价键特性的前提下，转变为绝缘体是一个非常困难的事。但这件几乎不可能发生的物理现象最近被发现了。该项工作由中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心超导国家重点实验室孙力玲研究员带领的团队与所内向涛院士、周兴江研究员、胡江平研究员等，以及美国布鲁克海文国家实验室顾根大研究员和德国马普所林成天研究员合作，利用先进的高压研究手段，在bi2212铜氧化物超导体中发现的。他们采用独立发展的高压原位电阻-磁化率一体化测量技术对这类超导体进行了系统的研究，发现欠掺杂、最佳掺杂和过掺杂bi2212铜氧化物超导体在较低的压力下超导转变温度(tc)升高到一定值后开始单调下降直至被完全抑制，随之系统并没有转变成人们通常预期的金属态，而是令人意外的进入了一个类绝缘体态，超导态与这种绝缘体态通过量子相变点相连接。进一步的实验结果表明，上述压力诱导的超导-类绝缘态量子相变不仅在每个晶胞具有两层cuo₂面的bi2212系统中出现，而且在每个晶胞具有一层和三层cuo₂面的bi2201和bi2223系统中也存在。

　　这是在铜氧化物高温超导体中首次观测到压力导致的超导-绝缘体量子相变现象。这一新现象的发现，对现有的固体理论是一个挑战，为建立正确的关联电子理论框架提供了新的研究课题。该项研究以“quantum phase transition from superconducting to insulating-like states in a pressurized cuprate superconductor”为题，2021年2月17日在线发表在nature physics上。

　　文章的并列第一作者为周亚洲博士、郭静副研究员和蔡树博士。高压低温x射线衍射实验在北京高能物理研究所同步辐射4w2线站完成。

　　该项研究得到了科技部、基金委、中科院b类先导专项和松山湖材料实验室的支持。

　　相关工作链接：https://doi.org/10.1038/s41567-022-01513-2

图1 bi₂sr₂cacu₂o_{8 δ}铜氧化物超导体在不同压力下面内电阻(r)-温度(t)依赖关系。图(a)和图(d)为欠掺杂(ud)样品的r-t曲线; 图(b)和图(e)为最佳掺杂(op)样品的r-t曲线; 图e中两个台阶式的转变为2d-3d的超导跃变【nature physics 16(2020)295】; 图(c)和图(f)为过掺杂(od)样品的r-t曲线。

图2 欠掺杂(ud)，最佳掺杂(op)和过掺杂(od) bi₂sr₂cacu₂o_{8 δ} 铜氧化物超导体在不同压力下的原位电阻-磁化率一体化测量结果。红色为电阻与温度的依赖关系，蓝色为调制交流磁化率与温度的依赖关系。

图3 bi₂sr₂cacu₂o_{8 δ} 铜氧化物超导体的压力-温度归一化相图。 红色区域为超导态， 蓝紫色区域为类绝缘态。