高温超导机理的光电子能谱和超快光谱研究
批准号:
92265101
项目类别:
重大研究计划
资助金额:
73.0 万元
负责人:
孟建桥
依托单位:
学科分类:
超导与超流
结题年份:
2025
批准年份:
2022
项目状态:
已结题
项目参与者:
段玉霞、杨开巍
中文摘要
高温超导的微观起源一直是凝聚态物理的前沿课题。研究已经取得了很大进展,但远未完成。高温超导和异常正常态挑战着传统理论,如BCS理论和朗道费米液体理论。理解高温超导的微观机理,突破传统的朗道费米液体理论,建立强关联电子态和量子相变的新理论,是这个时代面临的重大科学问题之一,也是寻找和应用具有更高转变温度材料的需要,关系国家经济、社会、安全等战略需要。我们计划综合时间分辨/角分辨光电子能谱和超快光谱对高温超导机理和奇异正常态开展系统和深入的研究。我们将整合材料、实验、理论和超快控制理论的力量,研究与超导机理和奇异正常态密切相关的核心问题:在频域和时域辨认多体效应和参与配对的玻色子的本质;确认铁基超导体中是否存在窄的赝能隙,并研究其的本质;在时域精确测量声子频率随温度的演化,寻找可能的电荷密度波,并研究其与超导的关系。本项目的实施将为理解高温超导微观机理提供关键信息,推动新的成功的理论的建立。
英文摘要
Understanding the microscopic origin of high-temperature superconductivity is a frontier topic in condensed matter physics. Great progress has been made in this field, but it is far from successful. High-temperature superconductivity and abnormal normal state challenge traditional theories such as BCS theory and Landau Fermi liquid theory. Understanding the microscopic mechanism of high-temperature superconductivity, breaking through the traditional Landau Fermi liquid theory, and establishing a new theory of strongly correlated electronic states and quantum phase transition is not only one of the major scientific challenges faced in this era, but also the need to find and apply materials with higher superconducting transition temperature, which is related to the national strategic needs of economy, society, security and so on. We plan to use angle-resolved photoemission spectroscopy, time-resolved and angle-resolved photoemission spectroscopy, and ultrafast optical spectroscopy to carry out systematic and in-depth research on the mechanism of high-temperature superconductivity and the abnormal normal state. Combining the efforts of materials, experiments, theories and ultrafast control theory, we will focus on the central mysteries closely related to the superconducting mechanism and abnormal normal state: identifying the many-body effect and the nature of bosons involved in cooper pairs in the frequency domain and time domain; determining the existence of narrow pseudogaps in the iron-based superconductor, and studying the nature of pseudogaps; measuring the evolution of phonon frequency with temperature in the time domain, finding the possible charge density wave order, and studying its interplay with superconductivity. The implementation of this project will provide key information for understanding the microscopic mechanism of high-temperature superconductivity, and promote the establishment of new and successful theories.
高温超导机理是凝聚态物理的核心难题之一,其中铁基与镍基超导体因具有丰富的电子有序态和强关联特性,成为探索非常规超导配对机制的重要平台。本项目围绕铁基超导体((Ca0.85La0.15)10(Pt3As8)(Fe2As2)5、CsCa2Fe4As4F2)和新近发现的镍基超导体(La3Ni2O7、La4Ni3O10),利用超快光泵浦-探测光谱技术,在时间域系统研究了多体相互作用动力学、能隙结构演化及竞争序行为。主要研究内容包括:揭示铁基超导体中的向列涨落与赝能隙特征;探测镍基材料正常态下自旋与电荷密度波的共存与竞争;并尝试通过超快激光脉冲实现对量子序的选择性非平衡调控。. 项目取得多项重要结果:(1)在三斜铁基超导体(Ca0.85La0.15)10(Pt3As8)(Fe2As2)5中,发现 T_nem ≈ 120 K 以下存在隐匿向列涨落,其各向异性信号在超导态(T_c = 30 K)下发生90°旋转,表明向列序与超导态共存且竞争;结合Rothwarf-Taylor模型拟合,获得零温超导能隙 Δ_SC(0) ≈ 11.5 meV,并识别出4.7 THz的A_1g声子模,其电子-声子耦合常数 λ ≈ 0.139,显示该声子与向列序及超导密切相关。(2)在CsCa2Fe4As4F2中,观测到T^* ≈ 60 K开启的赝能隙(Δ_PG = 3.3 meV)及T_c ≈ 29 K的超导能隙(Δ_SC(0) = 6.6 meV,2Δ/k_BT_c ≈ 5.28),远超BCS弱耦合极限;同时发现5.49 THz A_1g声子在T_c以下软化,证实其参与赝能隙形成与超导凝聚。(3)在双层镍酸盐La3Ni2O7中,首次通过超快光谱直接分辨出自旋密度波(T_SDW ≈ 140 K)与非磁性电荷序(T_DW ≈ 115 K),并实现选择性光控:电荷序在40 μJ/cm^2下被完全抑制,而SDW在200 μJ/cm^2下仍稳定存在,揭示二者稳定性差异显著。. 上述成果为理解高温超导体中多体相互作用、竞争序与超导配对的内在关联提供了关键实验证据,发表SCI论文4篇(含Phys. Rev. B 3篇),另有2篇在审,对推动非常规超导理论发展具有重要意义。
高温超导机理的光电子能谱和超快光谱研究
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批准号:92265101
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项目类别:重大研究计划
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资助金额:73.00万元
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批准年份:2022
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负责人:孟建桥
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依托单位:
Ce基重费米子材料中4f电子特性研究
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批准号:12074436
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项目类别:面上项目
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资助金额:63.0万元
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批准年份:2020
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负责人:孟建桥
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依托单位:
时间分辨及角分辨光电子能谱对重费米子超导体电子结构的研究
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批准号:11574402
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项目类别:面上项目
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资助金额:73.0万元
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批准年份:2015
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负责人:孟建桥
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依托单位:
时间分辨角分辨光电子能谱对高温超导体Bi2(Sr2-xLax)CuO6+d电子结构的研究
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批准号:51502351
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:21.0万元
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批准年份:2015
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负责人:孟建桥
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依托单位:
国内基金
海外基金