铜氧化物高温超导体拉曼散射谱及相关物理性质的研究

Over more than two decades, a wealth of unconventional phenomena was encountered in the research of cuprate superconductors. Although the parent compound of cuprate superconductors is a Mott insulator,there are strong electron correlations dominating the entire phase diagram. Raman scattering is an intensively used tool in the study of the unconventional electronic properties of cuprate superconductors. The dynamics of electrons in different regions of the Brillouin zone can be detected by Raman scattering with a simple choice of the incident and scattered photon polarizations. Then the symmetry of superconducting electron Copper pairs in cuprate superconductors can be elucidated. Based on the t-J model we will study the basic properties of Raman scattering in cuprate superconductors considering the relationships of the superconducting gap and the pseudo-gap within the kinetic energy driven superconductivity,such as the electronic Raman scattering of cuprate superconductors in an external weak magnetic field, resonant electronic Raman scattering, the doping and temperature dependence of Raman spectra in the normal state of cuprate superconductors. Especaily,we will investigate the crucial role of the pseudo-gap in the unconventional properties of Raman scattering. Through these investigations we will seek to explain the unconventional properties of Raman scattering in cuprate superconductors consistently.

经过二十多年的研究，人们发现铜氧化物高温超导体显示出各种反常的物理性质。虽然铜氧化物的母体是莫特绝缘体，但是在整个感兴趣的掺杂区域内存在着强的电子关联。采用电子的拉曼散射实验可以研究铜氧化物高温超导体中反常的电子激发谱，特别是通过入射光和出射光极化方向的选择，拉曼散射可以探测电子在布里渊区中不同区域的动力学行为，从而揭示超导体电子库伯对的对称性及相关的超导机理。本研究项目将采用t-J模型，并在动能驱动的高温超导电性机理下，通过考虑超导能隙与赝能隙之间的相互关系来研究铜氧化物高温超导体拉曼散射谱的一些基本物理行为：例如外加弱磁场对电子拉曼散射谱的影响，电子拉曼散射谱的共振特征，正常态拉曼散射谱随着掺杂浓度和温度的演化行为，特别是探讨赝能隙在反常的拉曼散射谱中的作用。通过这些研究，我们希望尽可能对铜氧化物高温超导体拉曼散射谱的各种反常物理特征做一个统一的物理说明。

我们采用基于电荷自由度和自旋自由度相分离的费米子 - 自旋理论框架下的动能驱动的高温超导电性理论，从理论上研究了空穴掺杂型和电子掺杂型铜氧化物高温超导体的拉曼散射谱的一些不同和共同特征。我们发现空穴掺杂型高温超导体和电子掺杂型高温超导的拉曼散射谱的低频渐近行为都表现出不同的能隙依赖特征，其中空穴掺杂型高温超导体给出明显的d波依赖，而电子掺杂型高温超导体表现出包含d波高次谐波的依赖特征。并且在拉曼散射谱的B2g通道，他们都给出了相同的掺杂依赖特征，随着掺杂浓度的升高，超导能隙都给出了相同的圆屋顶型的掺杂依赖关系，超导谱权重也都随着掺杂浓度的增加而升高。同时随着温度的升高，超导电子配对能隙向低频方向移动，同时超导谱权重也减小。我们还研究了磁场对铜氧化物高温超导体的拉曼散射谱的影响，我们计算了在不同掺杂浓度下，拉曼散射谱随着磁场的演化行为，我们发现随着外磁场强度的增加，超导配对能隙和超导谱权重都受到了明显的压制，反映了磁场对超导电子配对的破坏行为。以上成果受该项目资助发表了一篇SCI论文。