銅氧超導體領域有哪些前沿的進展和難題？

01-08

銅氧超導體作為最早發現的轉變溫度高於液氦的超導體，一直是凝聚態理論和實驗研究的核心問題之一。時至今日，該體系的發現已經過去了將近30年（1987年諾貝爾物理學獎），物理學家基本肯定了其中的電子配對是d-波配對，承認了超導機制和系統的磁性（或者泛泛地說強關聯性）有著密切的聯繫，發現了普遍存在的「反鐵磁-超導-奇異金屬」這種三國鼎立的相圖。
還有哪些關鍵問題有待解決？在這些問題方面的進展又是怎樣？特別地：在提高轉變溫度這個方向上有何見解和進展？我只知道贗能隙的研究經常見諸高端雜誌，以及看到說奇異金屬可以解釋為反鐵磁-超導兩相之間的量子相變點附近的臨近行為。（這個是不是就是可以用AdS-CFT來研究的那個問題？）
希望領域內的專業人士科普一下，謝謝！

之前做過一些cuprates theory，現在不做了。

我不敢妄言，因為這個領域很雜百家爭鳴各有各的說法，彼此之間雖然有些consistent但多數都自成一派互相看不慣對方的理論。

比如早起subir 和senthil很注重deconfined quantum criticality 和strange metal（他們當初提出的deconfined quantum critical point partly就是為了解釋strange metal）。

當然現在subir雖然也做cuprates，但做的和以前的focus不太一樣了，最近他們的那個用fractionalized Fermi liquid (FL*) 來解釋pseudogap regime（underdoped regime ）影響力也很大。

比如kivelson和fradkin很重視的stripe phase和nematicity，他們覺得nematics enhance了pairing同時，nematic也可以搞出non fermi liquid（有爭議，試圖解釋Strange metal behavior）。

其他還有andrey那一套理論，還有很優美但早已無人問津的zhangshoucheng的so(5)理論等等。

我想說一下樓主你能不能注意下你的scientific表達？你的話完全前後不搭啊。都不知道你想表達什麼？

「物理學家基本肯定了其中的電子配對是d-波配對」

這個沒錯，雖然有些是s 和d wave混合的。

「承認了超導機制和系統的磁性（或者泛泛地說強關聯性）有著密切的聯繫，發現了普遍存在的「反鐵磁-超導-奇異金屬」這種三國鼎立的相圖。」

啥叫磁性或者泛泛地說強關聯性？？？磁性是electron magnetism，強關聯是說這個體系interaction 起了主導作用，以至於通常的perturbation不能用, 這兩個概念不是並列關係。

啥三國鼎立，你說這個？Phase diagram of the cuprates. : High-temperature superconductivity: Mind the pseudogap : Nature : Nature Publishing Group

不止三國哦，這麼大的 pseudogap你忽略了？？並且strange metal是critical region的behavior。。。

「我只知道贗能隙的研究經常見諸高端雜誌，以及看到說奇異金屬可以解釋為反鐵磁-超導兩相之間的量子相變點附近的臨近行為。（這個是不是就是可以用AdS-CFT來研究的那個問題？）」

贗能隙 pseudogap早就有了，什麼爛雜誌都有討論 pseudogap的。。。

奇異金屬可以解釋為反鐵磁-超導兩相之間的量子相變點附近的臨近行為？？？

我暈，的確strange metal最早有人通過deconfined qcp試圖解釋，但不是反鐵磁-超導的transition好吧。。。。。square lattice上面反鐵磁被kill之後一般都會有個vbs或者stripe phase（因為 square lattice skyrmion condensate的berry phase必然導致space symmetry breaking）。貌似木有反鐵磁到超導的直接連續相變，需要intermediate phase的。

還有ads cft是一個方法，把一個『strong coupled cft『 dual to 』weak coupled gravity problem『。就是把強耦合變成弱耦合同時提高緯度而已。

的確有用ads cft來做quantum criticality和strange metal的，但這只是一個試圖解決強關聯問題簡化問題的途徑，不是唯一的辦法。（雖然我挺喜歡）

看到沒人回答，我就提點淺顯的意見。

應用領域，包括提高Tc, Hc和Ic。提高Tc，當然是最激動人心的，尤其如果能到室溫（好大一個夢）。但是除非發現新的結構更加乾淨的材料，感覺很難。提高Hc和Ic可以用來造強磁體，但是現在Hc好像也saturate在20 - 25 T，很難再提高了。

基礎研究領域，cuprate還是有很多東西可做，畢竟高溫超導的機理是每個凝聚態人的夢想。cuprate發現至今30年，大部分進展都是實驗走在理論前面。所以這個領域的進化其實和實驗技術的進化有著密切的關係。d-wave的電子波大概在90年代早期大家就已經形成共識，其中tunneling measurement和早期的ARPES研究對d-wave的電子波的確認起到了關鍵作用。贗能隙也是從90年代早期就已經成為研究的重點。在這個過程中，對於cuprate的研究驅動了STM技術以及ARPES技術的進步（進化後的ARPES對於之後graphene以及拓撲絕緣體的能級結構觀測起到了很大的作用），後兩者同時又為贗能隙以及費米面的研究提供了直觀的物理證據。2007年，加拿大的實驗組發在nature的一篇文章發現了強磁場下欠摻雜YBCO的量子震蕩，同時他們發現，在強磁場下，cuprate正常態的霍爾係數竟然是負的（說明quasi-particle是electron-like）。這個結果暗示了兩個問題，首先cuprate的費米面在欠摻雜的時候很小，其次費米面存在electron pocket。要知道, YBCO是hole-doped！之後大量文章開始argue說這是電子密度波（CDW）存在的證據，因為電子密度波的產生要伴隨著費米面重構。所以樓主提到的最近這些年贗能隙的大量文章基本是在研究CDW和超導的競爭機制的.。當然這同樣是伴隨著另外一項實驗技術的進步：resonant inelastic X-ray spectroscopy(RIXS)！

至於奇異金屬的研究，其實這也是從90年代早期就開始的一個課題，關於它是量子相變點附近臨界行為的猜測也是那是就有了。最近這些年比較火的是把string theory和strange metal結合起來（腦洞好大），但是目前這個也基本是停留在理論階段，還沒有辦法做出預測來指導實驗。