銅氧化物高溫超導體的微觀機理是凝聚态物理學中重要的一個未解之謎。盡管目前學術界還沒有共識，人們通常認為銅氧化物中的高溫超導電性是由于在反鐵磁莫特絕緣體中摻雜了适量載流子而産生的。因此，理解從莫特絕緣體母體到超導态的電子結構演變是理解高溫超導機理的重要環節。然而，在這些所謂的欠摻雜材料中通常存在電子結構的空間不均勻性，以及赝能隙态、電荷有序态等與超導态的相互糾纏，使得對其電子結構的理解困難重重。掃描隧道顯微鏡由于能夠在原子尺度探測局域電子态密度和電荷有序态，成為研究這些問題的理想手段，但是測量靠近母體的絕緣性材料在技術上具有很高的挑戰性。
中心成員物理系王亞愚研究組發展了測量絕緣性氧化物的掃描隧道顯微鏡技術，并利用其對極度欠摻雜的Bi2Sr2-xLaxCuO6+δ銅氧化物體系進行了實驗研究。他們從反鐵磁莫特絕緣體出發，系統揭示了其電子結構随摻雜濃度的演化趨勢。如上圖所示，随着空穴濃度增加，電子結構的主要變化是高能量譜權重連續轉移到莫特能隙中間的低能電子态。然而，在費米能附近的譜權重始終受到壓制，從而導緻了V-型赝能隙譜的形成。同時，在摻雜濃度較高、赝能隙較小的區域開始出現棋盤狀的電荷有序态，而此時樣品仍處在絕緣态中。該研究結果表明，對反鐵磁莫特絕緣體進行電荷摻雜時，銅氧化物首先成為電荷有序的絕緣體，而費米面和高溫超導電性是在此基礎上進一步演生出來的。這項工作為理解銅氧化物超導體電子結構的演化、電荷有序态的形成機制及其與超導電性的關系提供了有價值的新線索。
該研究成果于2016年8月8日以''Visualizing the evolution from the Mott insulator to a charge ordered insulator in lightly doped cuprates'為題在Nature Physics雜志在線發表。該項工作是與中心成員中國科學院物理所周興江研究組以及美國加州大學伯克利分校李東海教授合作完成的，物理系博士研究生蔡鵬為該論文的第一作者。
