铜氧化物高温超导电性是通过对CuO2掺杂适量的载流子来实现的, 其中Cu3d轨道和O2p轨道的键合决定着铜氧化合物基本的电子结构。另一方面, 铜氧化物超导体表现出的诸多奇异物性,与电子和电子之间的强关联作用以及电子电荷、自旋和晶格的相互作用密切有关。因此,揭示铜氧化物超导体的基本电子结构,研究其中的多体效应,对理解高温超导机理和相关物理具有关键的作用。 随着分辨率的不断提高,角分辨光电子能谱已由传统的能带测量工具,发展成为研究材料中多体效应的重要实验手段。 多体效应会导致电子自能的变化,表现在能量-动量色散关系和准粒子的散射速率上,可以通过高分辨角分辨光电子能谱进行直接测量。
在空穴型铜氧化物超导体中,沿(0,0)—(π,π)节点方向的色散中存在著名的60~70meV的扭折已为人们广泛所接受,并普遍认为是由于电子和玻色子(声子或磁振子)的耦合造成的。但近期在节点方向的色散中,发现在高能区域,存在400 meV的高能扭折和能量延续到1eV的高能色散。对它们的成因则是众说纷纭, 对它们是否反映材料的本征能带也存在争议。
物理所超导实验室的周兴江研究组、赵忠贤研究组,光学实验室的许祖彦研究组,理化所的陈创天研究组,美国Brookhaven国家实验室的Genda Gu博士和日本东京理工的T. Sasagawa 博士共同合作,利用自主研制的真空紫外激光角分辨光电子能谱仪具有的超高分辨率的独特优势,通过详细的动量变化关系的测量,并结合完整的数据分析方法, 对高温超导体Bi2212中的高能扭折和高能色散提出了新的认识。结果表明,铜氧化物的高能色散不可能代表电子的真正裸能带的回复, 高能扭折不可能是由于电子和高能元激发耦合产生的, 并提出高能色散可能并不代表本征的能带结构。 相关结果发表在2008年7月4日的《物理评论快报》(Physical Review Letters 100,107002 (2008))。