揭开铜酸盐化合物电荷载流子之谜：高温超导性的关键！

高温超导现象仍然没有被完全弄清楚。现在，BESSY II的一个国际研究团队对未掺杂的La₂CuO₄中的电荷载流子对能量进行了测量。他们的研究结果显示，潜在超导的铜氧化物层内的相互作用能量明显低于绝缘镧氧化物层的相互作用能量。这些结果有助于我们更好地理解高温超导现象，也可能对其他功能材料的研究有帮助。

这项研究已经在期刊 Nature Communications 上 发表。

大约40年前，一类新材料突然受到关注：高温超导体。这些材料不仅可以在接近绝对零度（0开尔文或-273摄氏度）时能够完全无损导电，还可以在更高的温度下也能导电，但仍然远低于室温。

这种材料已经被应用于技术中。然而，这一现象仍然没有被完全理解。特定载流子之间的相互作用已经得到确认，这确保了它们在特定条件下能够顺利穿过晶格。

现在，由BESSY II的亚历山大·福尔希教授领导的国际团队在一项实验中精确测量了氧原子上电荷载流子对的能量。来自罗马大学的样品由氧化铜和氧化镧交替层组成，分子式为La2CuO4。

当该化合物掺杂外来原子时，它可以在40开尔文以下变为超导体，超导性发生在CuO层，而LaO层则保持绝缘。研究人员认为，氧原子周围缺失的电子，称为氧孔，在超导性中起着核心作用。测量是在室温下对未掺杂的La2CuO4样品进行的。

“我们想要了解电荷载流子在两种不同氧化物层之间的相互作用强度及其差异，”研究的第一作者丹尼洛·库恩博士解释道，他在BESSY II进行测量，属于乌普萨拉-柏林联合实验室的一部分。

在实验中，团队使用了具有独特配置的时间飞行光谱仪，利用奥杰光电子重合光谱法来检测电子对。特殊的X射线脉冲（PPRE脉冲）以几百纳秒的间隔照射样品，留出足够的时间仔细测量这些相互作用过程，而这些过程的速度快得多，达到数百万倍。

“我们的方法使我们能够精确分析这些相互作用，因为我们专注于观察相关的铜氧化物层，”库恩说。铜氧化物层的相互作用能量显著低于绝缘的镧氧化物层，而铜氧化物层在超导性中起着重要作用。

“这些结果让我们更深入地理解高温超导性的机制，”亚历山大·福尔希解释道，他还说，“这种测量技术也能为其他功能材料带来新的见解。”