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木虫 (正式写手)

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[交流] 科学家首次在稀土磁性材料中发现赝能隙

科学家首次在稀土磁性材料中发现赝能隙

物理学家首次在磁性材料中观察到赝能隙（pseudogap），而赝能隙以前只在高温超导体中才能看到。这一研究成果打破了以前的看法，表明赝能隙并不唯一存在于高温超导体中；而且电子和晶格振动的相互作用在这些材料中起了重要的作用，这种看法也与当前的认识完全不同。

超导即材料内部无电阻，将超导材料冷却到超导转变温度以下便能观察到这种现象，此时电子克服电子之间的库仑斥力而形成库仑对。根据低温超导体BCS理论，这种库仑对是电子与声子（晶格的振动）相互作用的结果。

大多数的高温超导体由铜氧层构成，超导转变温度可达138K。高温超导于1986年在铜酸盐材料中被发现，关于高温超导体的超导机制一直是凝聚态物理中最具挑战的难题之一，迄今为止一般认为与声子无关。

超导体的特征之一是具有能隙，用来打破库仑对使之成为单个自由电子。然而在20世纪90年代中期物理学家在铜酸盐高温超导材料中发现了与低温超导体相似的能隙，称为“赝能隙”；同时也发现高温超导体的其它电学性能随着动量空间方向的改变而变化。上述这两个特征一直被认为是高温超导体所具有的独特特征。

然而，斯坦福大学的沈志逊和他的美国、加拿大、日本和荷兰的研究伙伴目前在金属亚锰酸盐化合物中观察到赝能隙，该化合物含有镧、锶、锰、氧元素，这是一种与高温超导完全不同的材料。这种材料具有庞磁阻效应，当把该材料冷却到某一临界温度时，材料变为铁磁体，同时伴随着电阻的大幅度降低。

沈志逊研究小组使用角分辨光电发射能谱（ARPES）测量电子的速度和散射速率与能量的关系函数。测得的能谱显示铁磁相中电子的运动与晶格振动有着密切的关系；而且能谱随着动量空间的改变而变化，显示出与高温超导体相似的赝能隙特征。这一研究成果意味着赝能隙并不只存在于超导体中，而是所有相变金属氧化物的一个共有特征。科学家也许不得不重新考虑高温超导中声子的作用。

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