筑波, 日本, 2023年8月31日 — 一個由納米材料聯合研究中心(MANA)的首席研究員山瀨宏之領導的團隊,深入探討了銅氧化物超導體中的電漿振盪和電子之間的相互作用,闡明了系統內電荷波動驅動的獨特準粒子——電漿準粒子的產生。

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金屬系統表現出電漿子——集體電子振盪的量子——作為基本電荷激發。最近,這種行為甚至在高溫銅氧化物超導體中得到確認,這種材料具有革命性地改變下一代電子設備的潛力。然而,由於它們強相關的本質和層狀結構,研究這種材料中的電漿子和電子之間的相互作用具有獨特的挑戰。

最近,一個研究小組,包括MANA的首席研究員山瀨宏之,以及阿根廷羅薩里奧UNR-CONICET的Matias Bejas博士和Andres Greco教授,致力於了解電漿子對銅氧化物中的電子色散的影響,導致在這些材料中發現了有趣的準粒子“電漿準粒子”。

“與聲子和磁性波動不同,銅氧化物中的電漿子並沒有表現為電子色散中的折點。相反,它們產生了電漿準粒子,這些準粒子是由強電子相關性施加的局域約束引起的玻色波動,而不是通常的電荷密度波動,”山瀨博士解釋道。這一發現突出了銅氧化物超導體中的電漿準粒子的獨特性質。

研究人員發現,光學電漿子負責電漿準粒子的出現,在單粒子激發譜中形成額外的帶。值得注意的是,預測的銅氧化物電漿準粒子與其他金屬系統中討論的電漿準粒子類似,包括鹼金屬、石墨烯、單層過渡金屬硫化物、半導體、鑽石和SrIrO3薄膜。這表明電漿準粒子的概念在銅氧化物之外的金屬系統中具有普遍適用性,這意味著這些發現可以應用於大量新的金屬量子材料。

“這項研究將對工程化金屬量子材料的帶結構具有重大意義,”山瀨博士強調道。

總之,了解電漿子和電子之間的相互作用,特別是電漿準粒子的出現,可以為操縱和定製金屬系統的性質以及為新應用設計新材料提供寶貴知識。

研究亮點第84卷

https://www.nims.go.jp/mana/research/highlights/vol84.html

MANA研究亮點

https://www.nims.go.jp/mana/ebulletin/index.html

來源:納米材料聯合研究中心(MANA)、國立物質與材料科學研究所(NIMS)