[論文レビュー] Damping mechanism for the strongly renormalized $c$-axis charge transport in high-$T_c$ cuprate superconductors

Jaehwan Kim, H. S. Somal+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 22, 1994

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用数 13

ひとこと要約

本論文は、赤外反射率を用いてLa1.85Sr0.15CuO4単結晶におけるc軸電荷輸送を調査し、Tc未満で6 meVの低プラズマ端がコープル対トンネルに起因することを明らかにした。Tc未満においてもc軸散乱率γの低下は観測されず、これは強い非一様性およびクリーン限界とは一致しない減衰機構を示しており、hγ ≫ hνp ≫ 3.5kBTc が成り立つ。

ABSTRACT

We analyze the $c$-axis infrared reflectivity of La$_{1.85}$Sr$_{0.15}$CuO$_4$ single crystals. The plasma edge near 6 meV, observed below $T_c$, is due to Cooper-pair tunneling. This low value of the plasma edge is consistent with the $c$-axis plasma frequency ($ν_p$) obtained from LDA calculations ($>0.1$ eV) if we take into account that the single-particle charge transport along the $c$ axis is strongly incoherent both above and below $T_c$. We find no evidence for a reduction of the $c$-axis scattering rate ($γ$) below $T_c$. Our investigation suggests $hγ>hν_{p}\gg 3.5k_BT_c$, which is exactly opposite to the clean limit. VSGD.94.6.1

研究の動機と目的

• 高Tc銅酸化物における強く再正規化されたc軸電荷輸送の起源を理解すること。
• 従来の超伝導体で予想されるように、c軸散乱率γがTc未満で低下するかどうかを調査すること。
• 観測された低プラズマ端を理論的LDA計算によるc軸プラズマ周波数と一致させること。
• c軸方向における非一様な単粒子輸送の役割を特定すること。
• Tc未満で系がクリーン限界に従うか、強力な減衰効果を示すかを評価すること。

提案手法

• 単結晶状のLa1.85Sr0.15CuO4を用いてc軸方向の赤外反射率測定を実施した。
• Tc未満で観測された約6 meVのプラズマ端の起源をコープル対トンネルと特定した。
• 実験的プラズマ周波数νpをLDA計算（νp > 0.1 eVを予測）と比較した。
• 反射率データから散乱率γを評価し、その温度依存性を検討した。
• hγ ≫ hνp ≫ 3.5kBTc の関係を用いてクリーン限界からの逸脱を検証した。
• 解析および検証にRevtexおよびMaterials Science Centerの内部レポートのデータを用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 La1.85Sr0.15CuO4で観測されたTc未満の低c軸プラズマ端（6 meV）の原因は何か？
• RQ2 クリーン限界におけるBCS理論が予測するように、c軸散乱率γはTc未満で低下するのか？
• RQ3 観測されたプラズマ周波数はLDA計算とどのように比較されるか？ これは系の整合性に何を示唆するか？
• RQ4 c軸電荷輸送は、 coherent なプロセスか、非一様な単粒子プロセスが支配的か？
• RQ5 c軸輸送の強力な再正規化を引き起こす減衰機構の性質は何か？

主な発見

• Tc未満の6 meVプラズマ端は、単粒子励起ではなくコープル対トンネルに起因する。
• Tc未満においてもc軸散乱率γに低下は観測されず、クリーン限界の予想とは矛盾する。
• hγ ≫ hνp ≫ 3.5kBTc の条件が確認され、c軸輸送における強い減衰と非一様性が示された。
• 非一様性を考慮した場合、観測されたプラズマ周波数νpはLDA計算（>0.1 eV）と整合的である。
• c軸方向における非一様な単粒子ダイナミクスが、強い再正規化輸送を引き起こしている。
• γの低下が観測されないことは、超伝導状態がc方向の整合性を回復させないことを示唆する。