最近，研究人員探討鉍基氧化銅超導(dǎo)體Bi2212的強(qiáng)光學(xué)各向異性，為室溫超導(dǎo)體鋪平了道路。

氧化銅（CuO2）超導(dǎo)體具有異常高的臨界溫度，例如Bi2Sr2CaCu2O8+δ（Bi2212）。光學(xué)反射率測(cè)量表明，Bi2212表現(xiàn)出強(qiáng)烈的光學(xué)各向異性。然而，通過光學(xué)透射率測(cè)量進(jìn)行研究，可以更直接地了解體特性（bulk properties）�，F(xiàn)在，研究人員對(duì)鉛摻雜Bi2212單晶進(jìn)行紫外線和可見光透射率測(cè)量，從而闡明了這種光學(xué)各向異性的起源，能夠更精確地研究其超導(dǎo)機(jī)制。

超導(dǎo)體是指當(dāng)冷卻到臨界溫度以下時(shí)無(wú)電阻的材料。這些材料在各種領(lǐng)域都有著變革性的應(yīng)用，包括電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、高速磁懸浮列車和磁共振成像。在這些材料中，像Bi2212 這樣的CuO2超導(dǎo)體而脫穎而出，因?yàn)樗鼈兙哂懈吲R界溫度，超過了巴丁-庫(kù)珀-施里弗極限（Bardeen–Cooper–Schrieffer limit），理論上來說，這是超導(dǎo)電性的最高溫度極限。然而，高溫超導(dǎo)體（如Bi2212）中的超導(dǎo)起源仍是物理學(xué)中的謎團(tuán)之一。

這個(gè)難題的關(guān)鍵部分在于這些材料的二維CuO2晶面，這已經(jīng)通過各種實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了廣泛研究。光學(xué)反射率測(cè)量可以分析不同波長(zhǎng)的光如何從不同方向反射出晶面，并揭示Bi2212在其“ab”和“ac”晶面都表現(xiàn)出明顯的光學(xué)各向異性。光學(xué)各向異性描述材料的光學(xué)性質(zhì)根據(jù)光穿過材料的方向而變化�，F(xiàn)在，雖然反射率測(cè)量提供了有價(jià)值的信息，但通過對(duì)Bi2212的光學(xué)各向異性進(jìn)行光學(xué)“透射率”測(cè)量，研究光如何以不同波長(zhǎng)穿過晶體，可以更直接地了解其體特性。然而，以前很少進(jìn)行此類研究。

據(jù)外媒報(bào)道，為了彌補(bǔ)這一差距，由日本早稻田大學(xué)（Waseda University）綜合研究機(jī)構(gòu)（Comprehensive Research Organization）、理工學(xué)院（Faculty of Science and Engineering）研究人員領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)通過紫外線和可見光透射率測(cè)量來探討鉛摻雜Bi2212單晶強(qiáng)光學(xué)各向異性的起源。

圖片:Strong-Optical-Anisotropy-in-Bi-Based-Copper-Oxide-Superconductors-scaled.png

Toru Asahi教授表示：“實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)性一直是我們的夢(mèng)想，這需要了解高溫超導(dǎo)體中的超導(dǎo)機(jī)制。這種獨(dú)特的方法使用紫外-可見光透射率測(cè)量作為探針，能夠闡明Bi2212中的這些機(jī)制，使我們離這一目標(biāo)更近了一步�！眳⑴c這項(xiàng)研究的還包括東北大學(xué)（Tohoku University）材料研究所Masaki Fujita教授。

在之前的工作中，研究人員使用廣義高精度通用偏振儀來研究Bi2212在室溫下沿其“c”晶軸的光學(xué)各向異性隨波長(zhǎng)變化的情況。這種儀器功能強(qiáng)大，可以同時(shí)透射測(cè)量光學(xué)各向異性特征——線性雙折射（LB）和線性二向色性（LD），以及紫外到可見光區(qū)域的光學(xué)活性（OA）和圓形二向色性（CD）。

早期研究結(jié)果顯示，LB和LD光譜中存在明顯的峰值。研究人員推測(cè)，這些峰值來自Bi2212晶體結(jié)構(gòu)的不相稱調(diào)制，其特點(diǎn)是周期性變化與其通常的原子排列模式不相稱。

在這項(xiàng)研究中，該團(tuán)隊(duì)研究了鉛摻雜Bi2212晶體的光學(xué)各向異性，以了解事實(shí)是否的確如此。Tokita表示：“先前研究表明，在Bi2212晶體中用Pb部分替代Bi可以抑制不相稱調(diào)制�！睘榱俗龅竭@一點(diǎn)，該團(tuán)隊(duì)使用浮區(qū)法（floating zone method）制造了具有不同鉛含量的Bi2212單圓柱晶體。然后使用水溶性膠帶（water-soluble tape）進(jìn)行剝離，從這些晶體中獲得允許紫外線和可見光透射的超薄板樣品。

實(shí)驗(yàn)表明，隨著鉛含量的增加，LB和LD光譜中的大峰明顯減小，與抑制不相稱調(diào)制一致。這種減少十分重要，因?yàn)榭梢栽谖磥淼膶?shí)驗(yàn)中更準(zhǔn)確地測(cè)量OA和CD。

Asahi教授表示：“這一發(fā)現(xiàn)使探討贗能隙（pseudo-gap）和超導(dǎo)相中是否存在對(duì)稱性破缺成為可能。這是了解高溫超導(dǎo)機(jī)制的關(guān)鍵問題，有助于開發(fā)新的高溫超導(dǎo)體�！�

這項(xiàng)研究標(biāo)志著探索室溫超導(dǎo)性的關(guān)鍵一步，這一突破可能徹底改變能量傳輸、醫(yī)學(xué)成像和運(yùn)輸?shù)燃夹g(shù)。

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