铜氧化物超导体的单电子隧道谱

 

….Bi系高Tc氧化物超导材料的高度各向异性使得人们可以得到一系列原子尺度的本征约瑟夫森结（见图6的插图）。我们通过本征约瑟夫森结研究材料本身的c方向输运性质、超导以及赝能隙性质等问题，即利用本征约瑟夫森结作为工具来研究高温超导体的机理及基本物理性质。此外还研究层间耦合、热涨落、磁通动力学以及本征约瑟夫森结在磁场和微波场中的特性等对于应用十分重要的性质。研究中采用平台式结构的样品，并重点研究位于样品表面的结以及具有亚微米尺寸的结。由于与金属电极的接触，所以表面结有其特殊性并且在相关研究中有其特殊的价值。亚微米隧道结可以获得在混频器等方面的实际应用，并且有可能避免测量中的热效应得到系统真实的电子隧道谱，如图6所示。

 

….采用隧道实验中常用的处理方法对这些隧道谱的分析发现，在T*温度赝能隙出现后，随着温度的降低超导能隙会在某个温度Tc0开始打开，其中Tc0明显高于超导转变温度Tc，而超导能隙随温度的变化与d-波BCS能隙规律完全符合。这些结果也得到了零压电导随温度的变化规律的证实。分析给出了超导态与赝隙态的基本参数，同时表明在动量空间赝能隙主导反节点区域，而超导能隙主导节点区域。随着温度下降到Tc0，超导配对首先出现在节点附近的费米弧上，到了Tc以下，超导配对由节点区逐渐扩展到反节点区，最后在远远低于Tc时形成全费米面的d波超导能隙。计算也得到了超导相由于准粒子和库柏对的有限寿命所导致的费米弧，其中弧长对温度显示了常见的线性依赖关系。这些结果为高Tc超导电性的探索提供了新的实验事实。 [Sci. Rep. 2, 248（2012）]

四种掺杂浓度的Bi2Sr2CaCu2O8超导体的本征电子隧道谱随温度的变化，插图为晶体内部隧道结的形成情况。