与潜在超导体中的原子畸变相关的电荷密度波

是什么让一些材料在没有电阻的情况下承载电流?科学家们正试图解开这些复杂的特征。利用这种被称为超导的特性，可以带来完全高效的电力线、超快的计算机和一系列节能的进步。当这些材料不是超导时，了解它们是寻求释放这种潜力的关键部分。

“为了解决这个问题，我们需要了解这些材料的许多阶段，”美国能源部布鲁克海文国家实验室凝聚态物理与材料科学系的物理学家Kazuhiro Fujita说。在刚刚发表在《物理评论X》上的一项新研究中，藤田和他的同事们试图找到一种解释，解释在与氧化铜超导体的超导相共存的相中观察到的奇怪现象。

异常是构成材料晶格的原子振动能量的神秘消失。“X射线显示原子以特定的方式振动，”Fujita说。但是，随着材料的冷却，X射线研究表明，振动的一种模式停止了。

“我们的研究探索了这种材料的晶格结构和电子结构之间的关系，看看我们是否能够理解发生了什么，”Fujita说。

布鲁克海文团队使用了一种称为光谱成像扫描隧道显微镜(SI-STM)的工具。通过以万亿分之一米的精度扫描分层材料的表面，他们可以绘制原子图并测量它们之间的距离，同时测量每个原子尺度位置的电荷。

这些测量足够灵敏，可以在原子振动时拾取原子的平均位置，并显示当振动停止时这些位置如何移动并锁定到位。他们还表明，异常振动消失与“电荷密度波”的出现直接相关 - 材料中电荷密度的模块化分布。

Fujita解释说，构成电荷密度波的电子是局部的，这意味着在固定的位置 - 并且与最终在超导相中携带电流的更多移动电子分开。这些局部电子形成较高和较低密度的重复模式，可以可视化为并排放置的梯子(见图)。正是这种模式的出现扭曲了原子的正常振动，并沿“梯级”的方向移动了它们的位置。

“随着温度下降和电荷密度波(CDW)的出现，振动能量下降，”Fujita说。“通过同时测量电荷分布和原子结构，你可以看到CDW的出现如何将原子锁定到位。

“这一结果表明，当原子振动时，电荷密度波与晶格相互作用并淬灭晶格。它停止振动并扭曲晶格，“藤田说。

因此，这是关于超导材料一相的两个特征如何耦合在一起的又一个线索。但是关于这些有前途的材料还有很多东西需要发现，Fujita说。

“有很多变数。电子和晶格只是两个。我们必须考虑所有这些以及它们如何相互作用才能真正理解这些材料，“他说。

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