轻掺杂莫特绝缘体中赝能隙与涌现序的普适性

人们普遍认为铜基材料中的高温超导产生于掺杂莫特绝缘体。母态的物理似乎看似简单：电子在位点间的跳跃被禁止，因为其现场库仑排斥 U 大于动能收益 t。当通过插入少量额外载流子对这些材料进行掺杂时，电子变得可移动，但来自莫特态的强关联被认为仍然存在；出现了不均匀的电子序、神秘的赝能隙，并最终出现超导性。插入掺杂原子如何驱动这一演化尚不清楚，这些现象究竟是空穴掺杂铜基材料特有的干扰，还是代表了掺杂莫特绝缘体的真正物理，也不得而知。在此，我们可视化了 (Sr1-xLax)2IrO4 的电子态演化，它是一种类似于铜基材料的自旋-1/2 有效莫特绝缘体，但化学性质截然不同。利用谱成像扫描隧道显微镜（spectroscopic-imaging STM），我们发现对于 x=5% 的掺杂浓度，出现了不均匀的相分离态，在掺杂原子团簇周围成核出赝能隙水坑。在这些水坑内，我们观察到与欠掺杂铜基材料极具标志性特征的相同的玻璃态电子序。此外，我们利用在这些样品的形貌图上定位掺杂原子的独特可能性，阐明了该状态的起源。在低掺杂下，我们发现相比于铜基材料，载流子被更深地俘获的证据。这导致完全带隙谱且化学势位于带隙中央，其在约 4% 的阈值处突然坍塌。我们的结果澄清了莫特态的融化，并确立相分离和电子序为掺杂莫特绝缘体的普适特征。