至今铜氧化物高温超导体依然是常压下具有最高超导转变温度T_C的材料体系，拥有较大的应用潜力。然而在理论层面，是什么因素最终决定一个铜氧化物超导体的T_C尚未取得共识。通过实验经验的总结，人们发现晶胞内的铜氧面层数以及载流子掺杂浓度是决定铜氧化物材料T_C的两项关键因素。对同一家族材料而言，每个原胞中存在三个铜氧面时其通过掺杂能够达到的T_C为最高值。然而，对于三层铜氧化物高温超导体的实验研究较为欠缺，特别是其两种不等价铜氧面分别的电子结构及其相互作用目前还不清楚。

       近期，物理系王亚愚课题组和德国马普所林成天、中科院物理所周兴江研究组合作，利用扫描隧道显微镜（STM）对铋系三层铜氧化物超导材料Bi-2223进行了实验测量，覆盖了最佳掺杂至过掺杂区间。Bi-2223是铋系铜氧化物家族中T_C最高的材料，同时其T_C在过掺杂区间对空穴浓度不敏感，是个长期令人困惑的问题。该研究发现，从最佳掺杂到高度过掺杂的四个样品具有几乎相同的T_C，但是其平均能隙相差了3倍。与此同时，隧道谱中的双能隙特征表明，材料中内、外铜氧面的超导能隙随着掺杂浓度p的增加同步减小，排除了此前人们认为的因内层铜氧面掺杂浓度不变而造成T_C不变的猜想。进一步的准粒子干涉观测结果表明，掺杂浓度的上升抑制了布里渊区反节点区域的准粒子干涉效应，结合此前角分辨光电子谱实验结果可以推测这一现象与内、外层不等价铜氧面间的相互作用有关。同时，T_C随掺杂浓度不敏感的特性也可以通过引入两个不同铜氧面具有不同的有效超导能隙而得到较为合理的解释。

图：a) Bi-2223表面的扫描隧道显微镜形貌图；b) 最佳掺杂Bi-2223样品在30meV能量的准粒子干涉图形；c) 随着掺杂浓度增加，Bi-2223中两个不同铜氧面的能隙均系统减小；d) 利用傅里叶变换获得的准粒子干涉波矢；e) 利用准粒子干涉来推断不同掺杂浓度时的潜在费米面；f) 利用两个不同铜氧面的等效超导能隙来解释在过掺杂区间超导转变温度随空穴浓度几乎保持不变的反常行为。

       这项工作首次利用STM实验手段揭示了Bi-2223材料中双能隙特征随掺杂浓度的变化并发现了其准粒子干涉效应在反节点区域受到抑制的现象。这些观测结果为理解三层铜氧化物高温超导体为何具有更高及更稳定的T_C提供了有价值的新线索。该研究成果以“Anomalous doping evolution of superconductivity and quasiparticle interference in Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+δ trilayer cuprates”为题发表在12月3日的（Physical Review Letters）上。物理系博士后郝镇齐、博士生邹昌炜为论文的共同第一作者。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。