关于铜氧化物高温超导的电子配对机制

承载铜基高温超导的基本CuO2平面通常位于共享棱的CuO5金字塔周期阵列的基部。相邻平面Cu与O原子间以速率$t/{\hbar}$跨越电荷转移能隙E发生的电子虚跃迁,在反铁磁关联绝缘态中生成能量为$J\approx4t^4/E^3$的“超交换”自旋-自旋相互作用。然而,对CuO2平面进行空穴掺杂会将其转变为一种极高温度超导态,其电子配对异常强烈。对于这种强电子配对机制的一个主流提议是:空穴掺杂虽破坏磁序,却保留了由电荷转移能标E主导的成对外交换相互作用。为在原子尺度直接探究此假设,我们结合单电子与电子对(Josephson)扫描隧穿显微镜来可视化${Bi_2Sr_2CaCu_2O_{8+x}}$中E与电子对密度nP的相互作用。进而确定了E与nP对平面Cu与顶氧原子的间距${\delta}$变化的响应。这些数据揭示了CuO2中强关联超导的经验关键——电子对凝聚体对电荷转移能变化的响应。强关联理论对空穴掺杂电荷转移绝缘体的预测与这些观测一致,表明电荷转移超交换是超导${Bi_2Sr_2CaCu_2O_{8+x}}$的电子配对机制。