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NaxCoO2体系准粒子动力学研究取得新进展

 

层状过渡金属化合物NaxCoO2具有二维三角格子结构和丰富的物理现象,存在电荷和自旋自由度的相互竞争,以及多种不同的长程和短程自旋关联、电荷有序、超导电性等复杂的相图。中科院物理所极端条件物理重点实验室王楠林、吴东、雒建林等对NaxCoO2的物性进行了深入研究,在物理学重要期刊Phys. Rev. Lett. 发表多篇论文,受到国际同行的关注。最近该小组提供光学浮区法生长的单晶样品,与美国Princeton大学物理系Zahid Hasan教授小组合作,利用角分辨光电子能谱对x=0.5样品的电荷动力学进行了细致研究。

 

NaxCoO2系统在Na含量x=0.5的两侧是磁性状态不同的金属,但在0.5附近随温度变化时会发生金属-绝缘体转变,低温下进入绝缘体基态。角分辨光电子能谱实验揭示低温下整个Fermi面存在单粒子激发能隙(D6-11 meV)和能带折叠效应。这一结果与王楠林小组先前的红外光电导谱(Phys.Rev.Lett. 93, 147403 (2004))观察到的完整能隙(包括能隙大小2D15meV)完全一致,两种测量结果相互印证。该工作还对Fermi面的拓扑结构进行了仔细研究,发现三角Co格子√3 X3电荷有序对应的布里渊区与Fermi面没有交叠,与Fermi面能隙的打开无关。而由于Na格子有序导致的2X3超结构相应的布里渊区跨过Fermi面。被该布里渊区跨越切开的几段Fermi面可能拉平,从而对应有不同的叠套波矢,导致能隙打开。但与通常的电荷密度波或自旋密度波不同,能隙的打开是在低温下相干准粒子谱重出现之后,并不是直接对应于Na格子有序温度。该工作对理解NaxCoO2体系的电子结构和电荷动力学行为有重要意义,已发表在Phys. Rev. Lett. 96, 046407 (2006)。目前王楠林小组和Zahid Hasan小组在继续对其它组分样品的角分辩光电子能谱进行合作研究。

 

另外王楠林小组利用光反射谱对Na含量在0.180.92区间的NaxCoO2单晶样品的电荷动力学演化进行了系统研究,发现光电导谱和散射率谱上存在电子与波色子集体模式耦合与赝能隙特征。这是迄今掺杂范围最宽广的光学谱工作,已发表在Phys. Rev. B 73, 014523 (2006) 上述研究工作均得到国家自然科学基金(NSFC)支持

 

相关链接:

Quasiparticle Dynamics in the Vicinity of Metal-Insulator Phase Transition in NaxCoO2

Electron-boson mode coupling and the pseudogap of NaxCoO2 by infrared spectroscop

 

 

 

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