锦园：这篇文章是关于超导/量子物理的
氧化铜是一种铜氧化物陶瓷，其中铜和氧原子共享扁平方形晶格的成分。正在研究在相对高温下超导的能力。然而，在其原始状态下，它是一种特殊的绝缘体（一种不易导电的材料），称为莫特绝缘体。当电荷载流子（电子或缺乏电子，所谓的“空穴”）在称为掺杂的过程中被添加到绝缘体时，绝缘体变成容易导电的金属，或者根据环境导电半导体而可以导电的金属。可能会变成。然而，氧化铜的行为不像普通绝缘体或普通金属，因为它的电子彼此强烈相互作用。为了避免这些相互作用的巨大能量消耗，电子自发地组织成集体状态，其中每个粒子的运动与其他粒子的运动相关联。一个例子是超导态。在这种状态下，当施加电势时，电子会集体移动并以零净摩擦漂移。
博科园-科普：另一个集体电子态是“电荷密度波”。该术语源自电子密度的波状调制，其中电子“冻结”成周期性和静态模式，同时阻碍电子流动。这种状态与超导状态相反，因此研究和理解超导状态非常重要。在铜氧化物中，电荷密度波往往与构成底层晶体结构的铜原子和氧原子的原子柱更加匹配，并且根据材料和掺杂水平，波“峰值”每5 个单位出现一次。麻省理工学院的研究人员使用了一种称为共振电荷密度波的技术。该研究揭示了一种被称为“维格纳玻璃”的材料相，其中电子陷入无序或“玻璃状”排列。
麻省理工学院研究人员对超薄氧化铜陶瓷超导体进行的实验表明，电子呈现出意想不到的无序排列，这是一种被称为“维格纳玻璃”的“玻璃状”电子配置。左侧的“傅立叶空间”或动量空间显示了衍射数据，显示了沿任意方向排列的电荷波，右侧的图像显示了“真实空间”中电子的随机位置。图片来源：Min Gu Kang 这项研究的结果最近发表在《自然物理》 上。共振X射线散射是最近发展起来的衍射技术，它不仅可以像传统X射线衍射一样对原子进行晶体学分析，而且还可以对电子进行晶体学分析。 “在低掺杂电子浓度的极限下，研究人员观察到了一种全新的、意想不到的电子相，它既不是超流体也不是晶体，而是具有维格纳玻璃的特性。在本文阶段，电子形成聚集态。” “我对方向没有偏好。”这种电子非晶玻璃对于此类材料来说是前所未有的。这种现象仅发生在电子掺杂的窄窗口内。论文第一作者闵古康解释道：有趣的是，当更多的电子掺杂到（氧化铜）平面中时，这种奇怪的新状态仅存在于这种材料的电子相图的一小部分中。研究人员说：“更传统的电子晶体被恢复，并且波纹沿着底层原子晶格的晶轴排列。”
由Comin、研究生Kang 和博士后研究员Jonathan Pelliciari 组成的麻省理工学院团队设计了该项目并领导了大部分实验。他们的研究得益于来自世界各地不同机构和设施的研究人员的贡献。共振X 射线散射测量在多个同步加速器设施中进行，包括德国的柏林电子存储环、萨斯喀彻温省萨斯卡通的加拿大光源和加利福尼亚州的伯克先进光源。这些氧化铜薄膜样品是在日本NTT 基础研究实验室生长的。这一理论分析是由印度科学研究所的研究人员开发的。科明指出，所提出的理论解释了电子能带结构在控制密度波的周期间隔和方向性方面的作用，作为材料掺杂水平的函数。该理论认为，这些电子波纹最初是不规则形状，可能在材料中的缺陷或杂质周围成核。随着载流子密度的增加，电子可以找到更规则的排列，从而最大限度地减少系统的总能量，从而导致在所有铜酸盐超导体家族中普遍观察到的更传统的电荷密度。
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校Fox Family 工程学教授Peter Abbamonte 开发了共振软X 射线散射技术。注意到铜酸盐中的电荷密度波(CDW) 排序十多年来一直是该领域的中心，未参与这项工作的Abbamonte 解释道： “以前的理解是，CDW 顺序是固定在晶体中的。”这种传统观点是基于二十年的共振散射和扫描隧道显微镜实验，这些实验一致证明了这一点。卡明对这些特殊的电子掺杂铜酸盐的研究表明，在玻璃相中，电荷顺序可以沿任何方向取向，无论其位于哪个晶格中。更准确地说，CDW 的阶数参数并不像通常假设的那样是离散的（即它只需要离散值，在本例中是两个：x 或y），而是x - y 的阶数参数（即您可以自由选择任何值）在连续范围内（例如，在x 和y 之间的所有方向上），但这很大程度上不受晶体的影响。
需要一些时间才能完全理解这一认识及其对理解碰撞碰撞订单的相关性的影响。显然，里卡多的论文将导致对游戏规则的认真反思，从这个意义上说，这是该领域的重大进步。超导体在量子计算、无损能量传输、磁感应和医学诊断成像、等离子体和聚变发电技术等创新应用中具有巨大的未开发潜力。总的来说，这项研究揭示了高温超导体中载流子的精致量子特性的另一种表现，这些特性最终源于电子相互作用的本质。这项研究中发现的电子的详细行为为莫特绝缘体如何产生高温超导性提供了新的见解，并且有可能桥接相图中具有不同现象的区域。
博科园-科普Research/: from MIT
丹尼斯·派斯特，麻省理工学院
参考期刊文献《Nature Physics》
DOI: 10.1038/s41567-018-0401-8
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