清华大学合作最新Nature

在过去的三十年中，凝聚态物理研究的一个突出挑战是理解高转变温度(高Tc)铜氧化物的伪间隙(PG)现象。各种实验表明，在特征温度T*以下存在对称性破缺状态。其中，虽然光学研究表明介观域较小，但所有这些实验都缺乏纳米尺度的空间分辨率，微观阶数参数至今仍难以捉摸。

2023年2月22日，清华大学朱静、复旦大学车仁超及北京大学李源共同通讯在Nature在线发表题为“Topological spin texture in the pseudogap phase of a high-Tc superconductor”的研究论文，该研究表明高Tc超导体伪间隙相中的拓扑自旋纹理。

该研究报告第一次直接观察到在PG状态下的掺杂铜酸盐YBa2Cu3O6.5中的拓扑自旋纹理，使用洛伦兹透射电子显微镜(LTEM)。CuO2薄片的自旋纹理具有涡状磁化密度，长度尺度较大，约为100 nm。该研究确定了拓扑自旋纹理存在的相图区域，并证明了正交-II氧阶和合适的样品厚度是技术观测拓扑自旋纹理的关键。作者还讨论了拓扑自旋纹理、PG态、电荷顺序和超导性之间有趣的相互作用。

PG现象在高转变温度铜氧化物中普遍存在，表现为费米能级附近电子态的部分去除。它的微观起源一直是凝聚态物理学的核心问题，可能与超导机理密切相关。一些研究指出了在PG相边界(通常称为T*)发生相变和对称性破缺的可能性。与这一观点一致，对称敏感实验表明，时间反转对称(TRS)以及空间旋转和反转对称在T*以下被打破。然而，到目前为止，还没有实验报道在真实空间中这种不寻常的(可能是组合的)对称破缺的形态，使得主要的对称破缺难以捉摸。

LTEM可以在真实空间中成像磁结构，达到10纳米以下的空间分辨率。与在动量空间中提供信息的中子散射相比，实空间观测的优势在于，即使是单个自旋纹理实例，以及它们的结晶/熔化过程作为温度和磁场的函数。在这里，通过使用LTEM结合低漂移液氦级，作者报道了第一次在PG状态下的低掺杂铜酸盐YBa2Cu3O6.5中直接观察到拓扑自旋纹理。利用基于强度输运方程(TIE)的相位重建技术，获得了拓扑自旋纹理的证据。

通过LTEM分析了T*以下PG区YBa2Cu3O6+x的相图和拓扑自旋纹理（图源自Nature ）

自旋纹理似乎是一种“脆弱”和新兴的现象，需要特殊的条件才能观察到，但它与CDW和超导相具有有趣的关系。总之，该研究发现通过提供微观纹理的直接图像，揭开了隐藏的TRS在PG状态下破裂的奥秘。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-05731-3

转自：“iNature”微信公众号

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