解读-掺杂1D铜酸盐链中异常强的近邻引力

【引言】

高TC铜酸盐等电子材料中强关联的复杂性一直是凝聚态物理的中心课题。但是，到目前为止，在二维( 2D )及以上还没有得到多体哈密顿量的精确解，使得理论与实验的定量比较成为一个挑战。为了解决这一问题，一个重要的、有希望的途径可能是通过对一维(1D)系统的分析：降维使微观哈密顿量如哈伯德模型和低能场理论等精确解没有偏差。这样的可能性在理论上已经得到了认可，但由于缺乏合适的实验材料体系，其进展一直被阻碍。

在一维系统中，强关联表现为所谓的自旋电荷分离。光致空穴会分解成一个‘自旋子’和一个‘全息子’，分别携带自旋和电荷，从而产生不同传播速度的分离光谱分支。对于半填充d⁹体系，这种自旋电荷分离和Mott间隙已被角分辨光发射谱(ARPES)证实。然而，未掺杂情况下光谱的简单性以及掺杂载流子之间相互作用信息的缺乏阻碍了与底层微观模型的联系。特别是，像哈伯德或t-J模型那样的基本哈密顿量是否包含了一般铜酸盐性质的所有必要成分，包括2D中的d波超导电性，还有待确定。要回答这个问题，对一维铜酸盐链化合物的掺杂依赖性研究将是必不可少的。然而，经过二十多年的努力，可控掺杂的1D铜酸盐体系仍然难以捉摸。

今日，斯坦福大学的中科院外籍院士，美国三院院士沈志勋和斯坦福大学Thomas P. Devereaux以共同通讯作者身份，通过合成一维Ba_2-xSr_xCuO_3+d，成功实现了角共享杯状物链中广泛的空穴掺杂。作者通过角度分辨光发射实验揭示了全息子和自旋子分支的掺杂演化，确定了一个突出的折叠分支，其强度与简单的哈伯德模型的预测不匹配。本工作发现一个额外的强近邻吸引，可能是由于耦合到声子上而产生的，定量解释了所有可达掺杂水平的实验。考虑到铜酸盐在结构和量子化学上的相似性，这种吸引力将在高tc超导对应物中发挥同样关键的作用。相关研究成果以“Anomalously strong near-neighbor attraction in doped 1D cuprate chains”为题发表在Science上。

【图文导读】

图1. 强相关的反铁磁性( AFM )铜酸盐链

图2. 孔掺杂系列的ARPES光谱

图3. 全息折叠的识别

图4. 强的全息折叠表明了哈伯德模型之外具有吸引力的相互作用

文献链接：“Anomalously strong near-neighbor attraction in doped 1D cuprate chains”(Science， 10.1126/science.abf5174)

本文由温华供稿。