在高温下表现出超导特性的材料被称为高温超导体，它们已成为近期众多研究的焦点，因为它们可用于开发在高温下表现良好的新技术。尽管高温超导性已被广泛研究，但其基本物理原理尚未完全了解。

更好地理解高温超导性的一个关键步骤是确定高温超导体的有序相及其底层对称性。这是因为这些材料中的相变最终可能与其超导性有关。

韩国首尔国立大学的研究人员最近开展了一项研究，探索铜酸盐材料(Bi,Pb)2Sr2CaCu2O8+δ中的相和相关对称性。他们的研究结果发表在《自然物理学》杂志上，揭示了这种材料在临界掺杂之后出现的费米液体状相，其特点是镜像对称性破坏。

论文共同作者ChangyoungKim告诉Phys.org：“大约四年前，我们一直在为我们的新设备寻找合适的实验，这种新设备称为旋转各向异性二次谐波产生(RA-SHG)，这是一种非常灵敏的技术，已经成为一种重要的实验工具。”

“有几种说法认为，在氧化铜或铜酸盐超导体相图的某个区域(称为过掺杂区域)中可能存在一个新相。直觉发挥作用，我们意识到SHG是寻找此类相的合适工具。”

铜氧化物超导体的超导性可以通过一种称为掺杂的技术来调节，该技术需要向材料中添加杂质或其他元素来改变其性质。

研究人员可以利用这一工艺选择性地获得超导体、金属或绝缘体。在最高温度下可获得超导性的掺杂量约为0.15，而高于此值则被视为“过掺杂”。

最近的研究表明，过掺杂的铜氧化物超导体可能会呈现出一种新相。Kim和他的同事开始使用之前在实验室合成的掺杂铅的超导体来探测这一相。

“对称性告诉我们很多关于自然的事情，”金解释道。“因此，弄清对称性是物理学研究中的重要一步。然而，有时对称性可能很微妙(有时隐藏)，因此识别对称性(或破坏对称性)可能变得相当困难。SHG是一种让我们能够以最灵敏的方式检测对称性或其破坏的技术。”

研究人员利用实验室开发的RA-SHG对掺杂超过临界掺杂的(Bi,Pb)2Sr2CaCu2O8+δ样品进行了一系列测试。临界掺杂是指材料中引入的掺杂剂浓度超过特定阈值的状态，在此之后，材料将呈现不同的物理特性。

“物理学中有一种叫做量子相变的东西，即在零开尔文(绝对零度温度)下发生的相变，”金解释道。“在0K下发生相变的点被称为量子临界点。人们认为高温超导与这个量子临界点有关。”

“就铜氧化物超导体而言，临界掺杂约为0.19，我们的实验是在超过该值的样品上进行的。”

研究人员发现，铜酸盐样品中存在镜面对称性破坏，具体而言，是在临界掺杂后出现的类费米液体相。观察到这一相的温度与奇异金属通常转变为类费米液体金属的温度相吻合。

“对称性蕴含着重要信息，预计这些信息可以引导我们了解高温超导的微观机制，”金说。“这就是为什么识别相及其对称性一直是铜酸盐超导体研究的核心。

“在我们的工作中，我们在相图中发现了一个新相及其对称性。新相的对称性可以帮助我们识别该相，进而可以为我们提供有关电子如何与其他电子或其周围环境相互作用的更多信息。”

这项研究发现的新相很快将通过各种其他实验技术进行进一步研究。Kim和他的同事希望他们近期和未来的研究将有助于理解高温超导性。

“尽管我们的研究强烈表明存在一个新阶段，但用其他实验技术进行复核也很重要，”Kim补充道。“其他技术的实验正在进行中。特别是，我们希望识别出新阶段(SHG告诉我们新阶段具有哪种对称性，但没有告诉我们它是什么)。我们还计划与一个理论小组合作进行理论研究。”

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