Energy- and momentum-resolved Cooper-pair emission from a cuprate superconductor

Auteurs : Henry Amir, Jack Zwettler, Ka Ho Wong, Genda Gu, Rafael M. Fernandes, Jorge Noronha, Dirk K. Morr, Fahad Mahmood

arXiv: 2611.09857v1 (cond-mat.supr-con)
Soumis à arXiv le 06 Nov. 2026
Licence : CC BY 4.0
Résumé scientifique

Superconductivity arises from Cooper pairing, but conventional photoemission probes electrons individually rather than as pairs. Here we report the observation of Cooper-pair emission from an optimally doped cuprate superconductor using two-electron angle-resolved photoemission (2e-ARPES). Below the superconducting transition, we observe a distinct two-electron emission peak at zero pair binding energy and zero pair momentum that disappears in the normal state, revealing the characteristic fingerprint of a Cooper pair. Unexpectedly, the joint energy distribution broadens markedly along the relative-energy axis as temperature decreases, while the total energy width remains nearly unchanged. This anomalous behavior cannot be explained by instrumental resolution, static disorder or thermal broadening, and instead points to scattering processes involving collective excitations of the superconductor. Our results establish 2e-ARPES as a probe of both Cooper-pair emission and the many-body dynamics of the superconducting state.

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    Résumé scientifique

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    Résumé scientifique

    We introduce and solve a model of interacting electrons and phonons that is a natural generalization of the Sachdev-Ye-Kitaev-model and that becomes superconducting at low temperatures. In the normal state two Non-Fermi liquid fixed points with distinct universal exponents emerge. At weak coupling superconductivity prevents the onset of low-temperature quantum criticality, reminiscent of the behavior in several heavy-electron and iron-based materials. At strong coupling, pairing of highly incoherent fermions sets in deep in the Non-Fermi liquid regime, a behavior qualitatively similar to that in underdoped cuprate superconductors. The pairing of incoherent time-reversal partners is protected…

  3. Proche Même question
    Dynamics of Non-superconducting Pairs in YBa2Cu3O7-δ Below Tc
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    Résumé scientifique

    Pairing states are essential for understanding the underlying mechanisms of high-temperature superconductivity. Here the non-superconducting state in an optimally doped YBa2Cu3O7-{\delta} film was driven out of equilibrium by an optical pump with low fluence at a temperature well below the critical temperature (Tc), and its recovery dynamics were exclusively measured using transient terahertz spectroscopy. The pump-fluence dependent experiments unveiled evidence of local pairs without superconductivity coexisting with the superconducting Cooper pairs. An energy gap opening induced by the local pairing with short-range coherence was invoked to rationalize the temperature-dependent recovery ti…

  4. Proche Même question
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    En bref

    L’interférométrie Josephson résolue à l’échelle intra-cellulaire révèle dans FeSe monocouche un motif de nœuds compatible avec un appariement d’onde d sans nœuds spectroscopiques.

  5. Apparenté Contexte plus large
    Heralded spectroscopy reveals exciton-exciton correlations in single colloidal quantum dots
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    Résumé scientifique

    Multiply-excited states in semiconductor quantum dots feature intriguing physics and play a crucial role in nanocrystal-based technologies. While photoluminescence provides a natural probe to investigate these states, room temperature single-particle spectroscopy of their emission has so far proved elusive due to the temporal and spectral overlap with emission from the singly-excited and charged states. Here we introduce biexciton heralded spectroscopy, enabled by a single-photon avalanche diode array based spectrometer. This allows us to directly observe biexciton-exciton emission cascades and measure the biexciton binding energy of single quantum dots at room temperature, even though it is…

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    We report on the single atom and single site-resolved detection of the total density in a cold atom realization of the 2D Fermi-Hubbard model. Fluorescence imaging of doublons is achieved by splitting each lattice site into a double well, thereby separating atom pairs. Full density readout yields a direct measurement of the equation of state, including direct thermometry via the fluctuation-dissipation theorem. Site-resolved density correlations reveal the Pauli hole at low filling, and strong doublon-hole correlations near half filling. These are shown to account for the difference between local and non-local density fluctuations in the Mott insulator. Our technique enables the study of ato…

  7. Apparenté Contexte plus large
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    Lebing Chen, Xiaokun Teng, Hengxin Tan et al. · 2023 · Nat Commun 15, 1918 (2024) · cité 25 fois · Résumé IA disponible

    «Competing itinerant and local spin interactions» étudie les phases magnétiques et électroniques du métal kagomé FeGe, dans le contexte plus large des matériaux corrélés.

    Résumé scientifique

    Two-dimensional kagome metals consisting of corner-sharing triangles offer a unique platform for studying strong electron correlations and band topology due to its geometrically frustrated lattice structure. The similar energy scales between spin, lattice, and electronic degrees of freedom in these systems give rise to competing quantum phases such as charge density wave (CDW), magnetic order, and superconductivity. For example, kagome metal FeGe first exhibits A-type collinear antiferromagnetic (AFM) order at T_N ~ 400 K, then establishes a CDW phase coupled with AFM ordered moment below T_CDW ~ 100 K, and finally forms a $c$-axis double cone AFM structure around T_Canting ~ 60 K. Here we u…

  8. Apparenté Contexte plus large
    Superradiance as a witness to multipartite entanglement
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    «Superradiance as a witness to multipartite entanglement» relie l’émission photonique collective à l’intrication, un sujet distinct de l’émission de paires de Cooper.

    Résumé scientifique

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Mis à jour le 9 novembre 2026.