科学家在五层铜酸盐实验中观察到了费米口袋,证实了理论,其研究成果发表在《科学》期刊上,描述了对铜酸盐Ba2Ca4Cu5O10(FO)2的研究,以对超导电性的了解。加州大学戴维斯分校(University Of California Davis)的Inna Vishik也在同一期上发表了一篇文章,介绍了涉及铜酸盐及其转变温度的超导研究背景。铜酸盐是由它们的阴离子铜配合物定义,它们的超导材料转变温度也是最高的。
当然,超导体是能让电流在没有电阻的情况下通过材料。大多数材料必须经过处理才能成为超导材料,如冷却。因此,当这类材料从常规导体转变为超导体时,会有一个过渡阶段。正如Vishik指出的那样,先前的研究表明,铜酸盐具有一些最高的转变温度,这使得它们成为诱人的研究目标。在过去的几年里,已经有相当多的研究阐明了影响超导电性的因素,但到目前为止,人们仍然不太清楚这一点。
尽管有数百种铜酸盐可供选择,但研究人员只研究了几种铜酸盐。正是出于这个原因,研究小组选择研究一种很少或根本没有研究的铜酸盐,即五层铜酸盐,Ba2Ca4Cu5O10(FO)2。这项工作涉及在莫特绝缘体中掺杂铜酸盐,这项研究在过去被证明是具有挑战性的。理论表明,如果在Mott绝缘体上添加少量的载流子,费米口袋应该可以观察到。研究人员能够克服其他研究人员由于选择铜酸盐而遇到的问题。
它有一个由五个氧化铜平面组成的单元电池,而不是普通的两个,这样当口袋变得可见时,就更容易观察到它们,研究人员看到了其中的两个,支持了预测他们的理论。铜氧化物材料中的超导电性是通过掺杂一种称为Mott绝缘体的特殊相关态而出现。然而,研究向Mott绝缘体中添加少量电荷载流子(空穴或电子)时会发生什么,在实验上是具有挑战性的。
研究了不寻常的铜酸盐Ba2Ca4Cu5O10(FO)2,它在一个单元中有五个氧化铜平面,而大多数铜酸盐有一个或两个。在光电子发射和量子振荡数据中都观察到了两个费米口袋,其中最里面的氧化铜平面起着至关重要的作用。