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单层铜氧化物与高温超导
资料介绍
一、高温超导研究的历史与铜氧化物的核心地位
超导现象自1911年荷兰物理学家昂内斯发现以来，一直是凝聚态物理领域最引人入胜的研究方向之一。在长达七十多年的时间里，科学家发现的超导材料临界转变温度（
）最高仅达到23.2K（铌三锗），必须依托液氦制冷才能实现超导，极大限制了超导的大规模应用。1986年，柏诺兹和缪勒发现了高于30K的镧钡铜氧化物超导材料，揭开了铜氧化物高温超导研究的序幕，随后科学家陆续合成出更多系列铜氧化物，将提升到90K以上，突破了液氮沸点（77K），彻底改变了超导研究的格局，柏诺兹和缪勒也因此在1987年斩获诺贝尔物理学奖。
三十多年来，铜氧化物一直是高温超导研究的核心体系，所有常压下高于液氮沸点的超导材料都属于铜氧化物家族。铜氧化物的共同结构特征是含有铜氧面，目前主流观点认为，铜氧面是铜氧化物高温超导的输运与超导配对的核心结构单元，载流子在铜氧面内运动，超导主要发生在铜氧面上，而材料中的其他原子层则作为电荷库，为铜氧面提供掺杂载流子。按照铜氧面的层数划分，铜氧化物可以分为单层铜氧化物、双层铜氧化物和多层铜氧化物，其中单层铜氧化物因为结构最简单，铜氧层之间的相互耦合最弱，成为研究铜氧化物高温超导基本物理性质的理想模型体系。
二、单层铜氧化物的晶体与电子结构
（一）晶体结构特征
典型的单层铜氧化物体系包括（LSCO）、（Bi2201）、（Hg1201）等，这类体系的共同特点是每个原胞中只含有一层铜氧面，铜氧面之间被其他阳离子层隔开，层间距离通常在0.6~1.2nm之间，层间的电子耦合非常弱，电子结构和输运性质表现出强烈的二维特征。
以研究最广泛的LSCO为例，其晶体结构属于四方晶系（低温下为正交晶系），原胞中两个层分别位于原胞的上下边界，每个原胞实际有效只对应一个完整的铜氧层，铜原子位于氧原子构成的正方形中心，形成平面四方配位，铜氧面之间由La-O或Sr-O层隔开，Sr掺杂取代La的位置后引入空穴载流子，载流子主要集中在铜氧面内。
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