Zhou Ke-Jin博士和他的團隊已經在Diamond Light Source的I21光束線上，利用高解析度RIXS(共振非彈性x射線散射)證實了p型(空穴摻雜)銅酸超導體中存在聲等離子體激元。他們最近發表在《物理評論快報》上的這一發現為研究和理解這些集體電荷激發及其在超導中的作用提供了新的機會。這可能使設計高溫超導體成為可能，這種超導體可用於實際應用，如高效能量傳輸。

銅超導體是一種陶瓷化合物，它的絕緣塊夾在銅層和氧原子之間。當摻雜合適的原子時，這些材料就會成為超導體，也就是說，在臨界溫度以下，電阻率就會降至零。科學家們一直在努力設計能夠在室溫下工作的超導體。然而，這需要對摻雜電荷的集體行為有更全面的瞭解。

鑽石Beamline主要研究員、首席研究員Ke-Jin周博士解釋說,2018年,斯坦福大學的研究人員使用一種音樂形式在歐洲同步加速器輻射裝置(ESRF),終於突破和發現聲學等離子體,一種集體電荷作用,在一個n型(electron-doped)銅酸鹽superconductor1。由於RIXS的電荷敏感性，它是研究集體電荷行為的完美工具。它提供了一個比(例如)非彈性中子散射、光學拉曼散射或電子能量損失譜更完整的圖景。斯坦福大學的研究人員利用Cu L3-RIXS研究了電子摻雜的銅酸LCCO(鑭鈰銅氧化物)。

2020年，利用Diamond的RIXS，研究小組證實了p型空穴摻雜銅酸超導體中存在聲等離子體激元，而且它們主要與氧原子相關。“這些都是顯著的結果。儘管與Cu和O原子相關的電荷相互之間有很強的雜化作用，但集體電荷激發似乎在空間上有很強的偏好。理解這一點可能有助於我們弄清銅超導體的基態，”主要作者Abhishek Nag博士說。

n型銅並不多，它們的臨界溫度相對較低。這意味著它們為想要探索這種集體行為如何隨溫度變化的研究人員提供了有限的機會。有更多的p型(空穴摻雜)銅酸鹽，它們通常有更高的轉變溫度。在p型銅中發現聲等離子體激元澄清了它們的普遍存在，而不考慮銅超導體中摻雜電荷的跡象，也為研究開闢了新的途徑。

這項研究不僅限於銅杯。RIXS還可以揭示其他層狀超導體中的等離子體激元行為，包括鐵-磷酸二酸鹽和新發現的鎳酸鹽超導體。

“這項研究的目的是提高我們對超導發生機制的基本理解。既然我們現在知道n型和p型銅酸鹽超導體中都存在聲等離子體激元，以及每種型別的研究路徑，我們就可以專注於找出它們在超導中是否起作用。這反過來可能使設計高溫超導體成為可能，這種超導體可用於實際應用，如高效能量傳輸，”周科錦博士補充道。

研究小組說，報告的工作僅僅標誌著超導體等離子體激元研究的開始。他們計劃繼續使用RIXS來探索銅超導體中的聲等離子體激元，研究不同的材料，不同的摻雜水平，以及高於或低於臨界溫度的溫度範圍。

透過對La1.84Sr0.16CuO4 (LSCO)和Bi2Sr1.6La0.4CuO6+δ(Bi2201)這兩種典型p型銅材料的廣泛O K-RIXS研究，詳細說明了強色散低頻聲等離子體的存在。結果表明，在不同摻雜電荷型別的銅基體上，聲等離子體激元的性質是相似的。