不同寻常！我国发现一类全新的铜基高温超导材料

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图1. 具有单层铜氧面结构的铜基超导材料的面内氧和顶角氧的铜氧键长、铜氧配位构型、铜的3dx2-y2和3z2-r2轨道相对顺序。其中La系、Bi系、Tl(Hg)系的顶角氧距离大于面内铜氧键长，呈现拉伸型铜氧六配位构型，导致3dx2-y2轨道居于3dz2轨道之上。Ba214的面内铜氧键长大于顶角氧距离，形成目前唯一的压缩型铜氧配位构型，导致3dz2轨道居于3dx2-y2轨道之上

X射线吸收谱实验表明，Ba2CuO4-y超导体处于超过掺杂区，对应“传统”铜基超导体的非超导相区。现有主流理论认为，压缩型配位构型、超过掺杂载流子浓度、以及可能的特殊的面内结构都不利于超导，Ba2CuO4-y仍然表现出了具有高达73K的超导转变温度。与基本晶体结构相同，具有正常轨道序的La2CuO4体系相比，Ba2CuO4-y的Tc提高了80%以上。这些实验现象表明，不同于以往传统类型，Ba2CuO4-y属于一类全新的铜基超导材料。

图2. 通过X射线吸收谱测得掺杂浓度。 (A) Ba214 and LSCO[x = 0 (blue) and 0.15 (red)]的氧K边吸收谱，U和H分别源于O1s芯能级至铜的上Hubbard带和掺杂空穴态，对应于Cu2+态和Cu3+态 (即Zhang Rice单态)。 (B) Ba2CuO3.2、过掺杂的LSCO(x = 0.34)和LaCuO3的铜L边吸收谱，表明Ba2CuO3.2铜的价态处于超过掺杂状态

以上工作近期发表在美国科学院院刊上(PNAS)。美国科学院院士、巴丁奖得主，著名超导理论专家Scalapino教授以“高温超导家族不同分支”(“A different branch of the high Tc family”)为题，在同期撰写专题评介(这个材料具有短的顶角氧距离和超过掺杂以等特性，意味着它属于铜基高温超导材料不同分支，对现有众多高温超导机制提出挑战：Nevertheless, the remarkably high Tc of this highly overdoped cuprate with its short Cu apical O separation and its O vacancies in the CuO2 plane suggest that it is a member of a different branch of high Tc cuprate materials, which challenges the basic tenants of many high Tc theories)。美国国家标准局 Q.Z.Huang教授、德国马普物理化学研究所Z.W.Hu教授、美国哥伦比亚大学Uemura教授在中子衍射、光电子吸收谱和uSR谱等实验表征上给予密切合作，美国佛罗里达大学Stewart教授、日本东京大学Uchida教授参与了实验结果讨论；研究工作得到国家重大研发计划和基金委重大国际合作项目的资助。

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