赝能隙中的费米面重构 | 前沿快讯No.14

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编者按

中国物理学会官方微信公众号本着“传播科学精神，服务科研工作者”的宗旨，特开设“前沿快讯”栏目，选录近期发表的前沿文章，对文中摘要和引言进行中文导读。由于译者水平有限，难免出现不准确之处，请通过留言批评指正。留言经编辑确认后，将及时进行勘误说明，供后来浏览者参考。

铜基超导体赝能隙临界点费米面重构

高温铜基超导体中的赝能隙相长期以来一直是一个谜团，赝能隙作为一种关联电子态，其关键特征是在转变温度起始和临界掺杂以下的相干准粒子的消失。这种相干准粒子的消失令人想起超导能隙在转变温度的打开，暗示赝能隙相与超导性是相关的。因此，表征赝能隙相内的相干费米面是理解这种特殊的金属态如何产生或与高温超导共存关键的一步，其费米表面的拓扑结构仍然是一个基本的开放问题。过掺杂的铜酸盐是具有明确的费米面的良好金属，在Tl2Ba2CuO6+δ中，角度依赖的磁电阻，角度分辨光电子谱和量子振荡三种独立测量手段均给出了统一的费米面结构。

本文作者康奈尔大学Yawen Fang等采用角度依赖的磁电阻测量了La1.6–xNd0.4SrxCuO4铜酸盐的费米面。在赝能隙之外，通过拟合角度依赖的磁电阻数据，作者提取了一个与角度分辨的光电子谱非常一致的费米面几何形状。在赝能隙之内，角度依赖的磁电阻在性质上具有显著不同，揭示了费米表面的重构。作者排除了准粒子寿命的变化是造成这种重构的唯一原因，并发现其数据与具有小的节点口袋组成赝隙费米面最为一致，解释了铜酸盐中发现的赝能隙跃迁过程中载流子密度的下降。

相关研究成果以Fermi surface transformation at the pseudogap critical point of a cuprate superconductor为题，发表在《自然物理》 Nature Physics 576, 47 (2022)上。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41567-022-01514-1

利用量子微波电路探测Al-InAs界面诱导配对

超导和半导体材料的异质结是一个研究集成超导器件、超导量子比特和构建p波超导体的平台。因为超导体作为一个完全导电的分流器，基本的半导体特性，如载流子密度、迁移率和诱导配对目前无法实现。这个问题在目前进行的最终确定马约拉纳模的努力中显得尤其严重。由于体边对应关系，这些模式的存在应该由体态中尚未确定的半导体参数来控制。在特定情况下，根据参数值的不同，外加磁场会诱导转变为正常态，部分Bogoliubov费米面，无能隙px相或者具有马约拉纳模的手性p波相。

本文作者奥地利科技学院D. Phan等人在谐振微波电路中植入一个二维的Al-InAs异质系统，探测外加磁场下超导电性的破坏。作者从双组分混合系统中发现了一个迹象，定量地与包括InAs带内p+ip配对的理论进行比较，同时发现了由磁场引起的Bogoliubov费米面的出现。通过单独区分Al和InAs的贡献，最终确定了InAs中的载流子密度和迁移率。

相关研究成果以Detecting Induced p+ip Pairing at the Al-InAs Interface with a Quantum Microwave Circuit为题，发表在《物理评论快报》 Physical Review Letters 128, 107701 (2022)上。

原文链接：

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.128.107701

石墨-金刚石杂化结构的新型氮化硼聚合体系

氮化硼(BN)，被称为碳(C)的孪生兄弟，与C有许多相似之处，如具有sp、sp2和sp3的杂化模式，以及各种各样的多型体。实验上已经发现了四种氮化硼多型，包括六方氮化硼(hBN)、菱面体氮化硼(rBN)、纤锌矿氮化硼(wBN)、和立方氮化硼(cBN)。其中，六方氮化硼和rBN具有类石墨的层状结构，B原子和N原子通过sp2杂化交替连接，形成蜂窝状层状结构，最后以不同的堆叠方式分别形成六方氮化硼和菱面体氮化硼。纤锌矿氮化硼和立方氮化硼则均具有与六边形金刚石(HD)和立方金刚石(CD)对应的类金刚石结构。纤锌矿氮化硼和立方氮化硼结构可以认为是由相邻六方氮化硼或菱面体氮化硼层中B和N原子的sp3杂化构建的，结构中褶皱层的堆叠序列也不同。这些已知的多型体表现出不同的物理性质，例如，六方氮化硼是一个带隙为5.9eV的软绝缘体，而立方氮化硼是一个带隙为6.3eV的超硬绝缘体。一直以来，类石墨氮化硼和类金刚石氮化硼形态之间的结构转变得到了显著的研究。

本文作者燕山大学高压科学中心罗坤和李宝忠等受最近一次实验中发现的石墨菱形杂化结构的启发，从理论上提出了五种类型的新型氮化硼结构。这些石墨-金刚石杂化结构的氮化硼型态具有优异的力学性能、高硬度和高延展性，并表现出不同于已知绝缘六方氮化硼和立方氮化硼的各种电子性质，如半导电性、半金属丰度，甚至一维和二维电导率。这些氮化硼杂化结构的模拟衍射图可以解释之前实验中由相变引起的“压缩六方氮化硼”和类菱形六方氮化硼组成的中间产物的衍射图。因此，本研究为类石墨和金刚石类硼形态相变过程中这些杂化材料的存在提供了理论基础。