跳动城乡网超导体是一种在冷却到某一温度(称为临界温度)时能够以零电阻导电的材料。它们可应用于许多领域，包括电网、磁悬浮列车和医学成像。高温超导体的临界温度高于普通超导体，具有推动这些技术发展的巨大潜力。然而，其超导性背后的机制仍不清楚。
铜氧化物或铜酸盐是一类高温超导体，当电子和空穴(电子留下的空隙)通过掺杂过程引入其晶体结构时，它们会表现出超导性。有趣的是，在低掺杂状态下，由于超导所需的电子数量不够理想，因此会出现伪隙(电子结构中的部分间隙)。这种伪隙被认为是这些材料超导起源的潜在因素。
此外，先前的研究还揭示了低掺杂铜酸盐中的长程电荷密度波 (CDW) 序，这种序打破了氧化铜 (CuO 2 ) 平面的晶体对称性。CDW 是一种重复的波状电子模式，会影响材料的导电性。这种对称性破坏意义重大，因为已知超导性是在对称性破坏状态内部或附近产生的。
此外，在铋基铜酸盐超导体 Bi 2 Sr 2-x La x CuO 6+δ (Bi2201) 中，强磁场可以诱发长程对称性破缺的 CDW 有序。尽管进行了广泛的研究，但这些现象在铜酸盐超导性发生中的确切作用仍不清楚。
在一项新的研究中，日本冈山大学物理系副教授川崎真司领导的研究小组采用一种新方法研究了铜酸盐赝隙状态下高温超导的起源。
川崎教授解释说：“在这项研究中，我们发现在最佳掺杂的 Bi2201 中存在长程 CDW 有序，这是由一种新型压电驱动单轴应变单元施加的拉伸-压缩应变引起的，这种应变故意破坏了 CuO 2平面的晶体对称性。”
他们的研究成果于2024年6月14日发表在《自然通讯》杂志上。团队成员包括冈山大学的Nao Tsukuda女士和郑国庆教授，以及德国马克斯普朗克热能与辐射研究中心的Chengtian Lin博士。
T CDW 处应变诱导长程电荷有序的证据。来源：Nature Communications (2024)。DOI：10.1038/s41467-024-49225-w
研究人员利用核磁共振(NMR)技术，观察了最佳掺杂Bi2201超导体在受到单轴压缩和拉伸应变时电子结构的变化。结果表明，当应变超过0.15%时，材料发生了明显的转变，短程CDW有序转变为长程CDW有序。
此外，增加应变会抑制超导性，同时增强 CDW 有序性，这表明超导性和长程 CDW 可以共存。这些结果表明，在铜酸盐的伪隙态中存在一种隐藏的长程 CDW 有序性，不限于低掺杂状态，在应变下会变得明显。
川崎教授说：“这一发现挑战了磁性是氧化铜的主要驱动因素的传统观念，并为构建超导理论模型提供了宝贵的见解。”
他强调了这项研究的潜在应用，并补充道：“这项研究的结果对阐明高温超导的潜在机制具有巨大的希望，为开发更实用的超导材料铺平了道路。高温超导体在无损电力传输和存储方面具有巨大潜力，对节约能源和追求碳中和做出了重大贡献。此外，超导体在 MRI 技术中的应用有可能降低成本并使先进的医学成像更容易获得。”
总的来说，这项研究标志着朝着理解高温超导起源迈出了重要一步，强调了单轴应变作为理解其他类似超导体超导性的宝贵工具的重要性。
