铜氧化物高温超导体的超导机理目前还是个未解之谜，不过实验研究发现在不同材料体系中存在某些共性，例如在同一家族中，每个晶胞内含有三层铜氧面的材料超导转变温度最高，因此是研究高温超导机理的理想体系。通常认为三层材料中具有两种不同的CuO₂平面结构，其各自的电子结构及其之间的相互作用可能有助于优化超导性质，但目前相关实验结果还较为缺乏。

最近，物理系王亚愚课题组和德国马普所的林成天、中科院物理所的俞理合作，利用扫描隧道显微镜对欠掺杂和最佳掺杂的三层铜氧化物高温超导体材料Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O₁₀+_δ(Bi-2223)进行了实验研究，发现它们的表面形貌（图1（a,c））存在相同周期的超结构，但各自的超导能谱（图1（b,d））、超导能隙和超导相干峰强度（图1（f））在空间随超结构的调制差异巨大，这种超导性质空间调制随掺杂浓度演化的现象反映了内、外层铜氧面耦合机制的改变。其中，在调制较强的欠掺杂区间只观察到空穴浓度较高的外层铜氧面的能隙，这验证了两类铜氧面存在单电子近邻效应的理论构想；而在调制较弱的最佳掺杂区间，能谱中同时存在来自内、外层铜氧面的超导能隙（图2（a）），这可能揭示了两类铜氧面通过超导电子对的约瑟夫森隧穿进行耦合。

图1：Bi-2223超导性质随超结构的周期性调制

图2：最佳掺杂样品中存在的双能隙超导谱

这项工作首次利用STM实验手段揭示了Bi-2223材料中超导性质的掺杂和空间演化，并首次观察到最佳掺杂区间的双超导能隙现象，其结果为理解三层铜氧化物高温超导体中存在最高T_c提供了有价值的新线索。该研究成果以“Effect of structural supermodulation on superconductivity in tri-layer cuprate Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O₁₀+_δ”为题发表在1月31日的Physical Review Letters上。物理系博士生邹昌炜、博士后郝镇齐为文章的共同第一作者，该项工作得到国家自然科学基金委、科技部、教育部量子信息科学前沿中心以及北京未来芯片技术高精尖创新中心的支持。

文章链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.047003#fulltext