基本介紹

物理學(xué)家首次在磁性材料中觀察到贗能隙（pseudogap），而贗能隙以前只在高溫超導(dǎo)體中才能看到。這一研究成果打破了以前的看法，表明贗能隙并不唯一存在于高溫超導(dǎo)體中；而且電子和晶格振動(dòng)的相互作用在這些材料中起了重要的作用，這種看法也與當(dāng)前的認(rèn)識(shí)完全不同。

超導(dǎo)即材料內(nèi)部無(wú)電阻，將超導(dǎo)材料冷卻到超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度以下便能觀察到這種現(xiàn)象，此時(shí)電子克服電子之間的庫(kù)侖斥力而形成庫(kù)珀對(duì)。根據(jù)低溫超導(dǎo)體BCS理論，這種庫(kù)侖對(duì)是電子與聲子（晶格的振動(dòng)）相互作用的結(jié)果。

大多數(shù)的高溫超導(dǎo)體由銅氧層構(gòu)成，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度可達(dá)138K。高溫超導(dǎo)于1986年在銅酸鹽材料中被發(fā)現(xiàn)，關(guān)于高溫超導(dǎo)體的超導(dǎo)機(jī)制一直是凝聚態(tài)物理中最具挑戰(zhàn)的難題之一，迄今為止一般認(rèn)為與聲子無(wú)關(guān)。

超導(dǎo)體的特征之一是具有能隙，用來(lái)打破庫(kù)侖對(duì)使之成為單個(gè)自由電子。然而在20世紀(jì)90年代中期物理學(xué)家在銅酸鹽高溫超導(dǎo)材料中發(fā)現(xiàn)了與低溫超導(dǎo)體相似的能隙，稱為“贗能隙”；同時(shí)也發(fā)現(xiàn)高溫超導(dǎo)體的其它電學(xué)性能隨著動(dòng)量空間方向的改變而變化。上述這兩個(gè)特征一直被認(rèn)為是高溫超導(dǎo)體所具有的獨(dú)特特征。

然而，斯坦福大學(xué)的沈志遜和他的美國(guó)、加拿大、日本和荷蘭的研究伙伴目前在金屬亞錳酸鹽化合物中觀察到贗能隙，該化合物含有鑭、鍶、錳、氧元素，這是一種與高溫超導(dǎo)完全不同的材料。這種材料具有龐磁阻效應(yīng)，當(dāng)把該材料冷卻到某一臨界溫度時(shí)，材料變?yōu)殍F磁體，同時(shí)伴隨著電阻的大幅度降低。

沈志遜研究小組使用角分辨光電發(fā)射能譜（ARPES）測(cè)量電子的速度和散射速率與能量的關(guān)系函數(shù)。測(cè)得的能譜顯示鐵磁相中電子的運(yùn)動(dòng)與晶格振動(dòng)有著密切的關(guān)系；而且能譜隨著動(dòng)量空間的改變而變化，顯示出與高溫超導(dǎo)體相似的贗能隙特征。這一研究成果意味著贗能隙并不只存在于超導(dǎo)體中，而是所有相變金屬氧化物的一個(gè)共有特征?？茖W(xué)家也許不得不重新考慮高溫超導(dǎo)中聲子的作用。