半填态金属与分子轨道介导的配对作用在氧化铜系材料中的实现

氧化铜系材料在亚相态下表现出异常的动量空间结构，包含反节点间隙和节点弧；而在过相态下则演化为具有大 Luttinger 体积的完整空穴型费米面。实空间电子结构同样复杂，表现为微观不均匀性和交织的密度波有序。我们指出，掺杂空穴在氧化铜系材料中形成由 4a0 单元构成的局域电子分子，其中每个单元包含约两个空穴。因此有效的局部掺杂水平约为 1/8，这足以破坏潜在的反铁磁有序，并更重要的是，恢复原 CuO2 平面的半填态金属状态。恢复的费米面每单元格包含一空穴，符合实验结果且满足 Luttinger 定理。我们随后考虑电子分子的实空间配置，构建半填态金属的动量空间结构。我们指出，由分子轨道引起的 4a0 周期性电子势以及电子分子的量子尺寸效应会消除嵌套的反节点费米面薄片，留下围绕节点短弧与相量子相关。我们提出，每个单元的两个掺杂空穴占据共享的分子轨道，形成自旋铜性构型，可介导半填态金属费米面的流动空穴配对。分子轨道与掺杂离子之间的电偶极矩也可能为流动空穴提供一种新型吸引相互作用。这种以半填态费米面的局域分子轨道为中介的可行模型，解决了氧化铜系材料超导机制若干核心问题。