日本筑波, 2023年8月31日 — 材料纳米构筑研究中心(MANA)的一支由首席研究员山濑宏之领导的团队深入探究了等离子体振荡和铜氧化物超导体中的电子之间的相互作用,阐明了等离激元准粒子的出现,这些独特的准粒子是由系统内部的电荷波动驱动的。

图片:https://cdn.kyodonewsprwire.jp/prwfile/release/M105739/202308288564/_prw_PI1fl_p9M5a59h.jpg

金属系统表现出等离子体振荡——集体电子振荡的量子,作为基本电荷激发。最近,这种行为甚至在高温铜氧化物超导体中得到确认,这种材料具有革命性地改变下一代电子设备的潜力。然而,由于其强相关性质和层状结构,研究这种材料中的等离子体和电子之间的相互作用提出了独特的挑战。

最近,一支研究小组,包括MANA在日本的首席研究员山濑宏之,以及阿根廷罗萨里奥UNR-CONICET的Matias Bejas博士和Andres Greco教授,专注于了解等离子体对铜氧化物中电子色散的影响,导致在这些材料中发现了有趣的准粒子“等离激元”。

“与声子和磁波动不同,铜氧化物中的等离子体不会表现为电子色散中的间断。相反,它们产生等离激元,后者是由强电子相关性所施加的局域约束相关的玻色波动产生的,而不是通常的电荷密度波动,”山濑博士解释道。这一发现凸显了铜氧化物超导体中等离激元的独特性质。

研究人员发现,光学等离子体负责等离激元的出现,在单粒子激发谱中形成一个额外的带。值得注意的是,铜氧化物中预测的等离激元与其他金属系统中的等离激元表现出相似性,包括碱金属、石墨烯、单层过渡金属硫化物、半导体、钻石和SrIrO3薄膜。这表明等离激元概念的普适适用性,不仅限于铜氧化物,这意味着发现可能应用于大量新的金属量子材料。

“这项研究的见解将对工程化金属量子材料的能带结构具有重大意义,”山濑博士强调。

总之,了解等离子体和电子之间的相互作用,特别是等离激元的出现,可以提供宝贵的知识来操纵和调整金属系统的性质,并设计新的材料用于新应用。

研究亮点第84卷
https://www.nims.go.jp/mana/research/highlights/vol84.html

MANA研究亮点
https://www.nims.go.jp/mana/ebulletin/index.html

来源 材料纳米构筑研究中心(MANA),国立物质科学研究所(NIMS)