铜氧化物超导体中赝能隙及相关物理性质的研究

In conventional superconductors, a superconducting gap exists in the energy spectrum only below the superconducting transition temperature corresponding to the price to pay in energy for breaking a Cooper pair of electrons and creating two excited states. However, in cuprate superconductors above the superconducting transition temperature but below a special temperature, an energy gap called the normal-state pseudogap exists, while this special temperature is called as the normal-state pseudogap crossover temperature. After intensive investigations over more than two decades, it has become clear that the interplay between the superconducting gap and normal-state pseudogap is the mostly remarkable effect, and this normal-state pseudogap is closely related to the superconducting mechanism and anomalous properties in cuprate superconductors. Within the kinetic energy driven superconducting mechanism, we study the unusual physical properties in cuprate superconductors by considering the interplay between the superconducting gap and normal-state pseudogap.

对于普通的低温超导体，在超导转变温度之下存在一个超导能隙，而这个超导能隙则反映了在超导态时形成电子库柏对的配对强度。与普通的低温超导体不同，铜氧化物高温超导体除了在超导转变温度之下存在一个超导能隙之外，在超导转变温度之上和一个特定的温度之下，还存在一个正常态赝能隙，而对应的这个特定温度则称之为正常态赝能隙的跨接温度。经过20余年的艰苦努力，人们发现铜氧化物高温超导体中正常态赝能隙的存在是最为惊奇的物理现象，而且这个正常态赝能隙与铜氧化物高温超导体中的一系列反常物理性质密切相关。我们在动能驱动的高温超导电性机理框架下并通过考虑正常态赝能隙与超导能隙之间的相互关系统一探讨铜氧化物高温超导体中与正常态赝能隙密切相关并从正常态到超导态演化的一系列重要物理性质，为铜氧化物高温超导体中出现的这些反常物理现象提供一个整体的微观物理说明。

对于普通的低温超导体，在超导转变温度之下存在一个超导能隙，而这个超导能隙则反映了在超导态时形成电子库柏对的配对强度。与普通的低温超导体不同，铜氧化物高温超导体除了在超导转变温度之下存在一个超导能隙之外，在超导转变温度之上和一个特定的温度之下，还存在一个赝能隙，而对应的这个特定温度则称之为赝能隙的跨接温度。在这种情况下，铜氧化物高温超导体就有两个突出特征：高的超导转变温度和赝能隙现象。特别是铜氧化物高温超导体中一系列反常物理性质与赝能隙的形成密切相关。在我们发展和建立的动能驱动的高温超导电性机理和与之相联系的赝能隙微观理论框架下，我们探讨了铜氧化物高温超导体中赝能隙导致的反常电荷输运、赝能隙导致的在超导态时反常的隧道谱不对称性、以及反常的低能和高能自旋动力学响应。为了进一步研究铜氧化物高温超导体中赝能隙对电子态的影响，我们在动能驱动的高温超导电性理论基础上发展了一个电荷自由度与自旋自由度完全重新组合理论。这个理论的最大特点是电子的格林函数可以给出大的电子费密面。在这个电荷自由度与自旋自由度完全重新组合理论框架下并通过考虑赝能隙与超导能隙之间的相互关系，我们统一探讨了铜氧化物高温超导体中与赝能隙密切相关并从正常态到超导态演化的一系列重要的电子态性质，包括赝能隙导致的复杂的电子结构、赝能隙导致的反常的电荷序态、赝能隙导致的费密弧等物理性质，并为铜氧化物高温超导体中出现的这些反常物理现象提供一个整体的微观物理说明。