[論文レビュー] Evidence for a quantum phase transition in the electron-doped cuprate Pr2-xCexCuO4+d from Hall and resistivity measurements

Y. Dagan, M. M. Qazilbash+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 20, 2003

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用数 84

ひとこと要約

本研究では、エピタキシャル薄膜を用いたホール効果および抵抗率測定を通じて、電子ドーピングされたPr2-xCexCuO4+dにおける量子相転移の証拠を提示する。350 mKまで測定された温度依存の抵抗率およびホールデータのスケーリングから、絶対零度における量子揺らぎによって駆動される相転移を示す臨界ドーピングレベルx ≈ 0.165が特定された。

ABSTRACT

The doping and temperature dependence of the Hall coefficient, RH, and ab-plane resistivity in the normal state down to 350mK is reported for oriented films of the electron-doped high-Tc superconductor Pr2-xCexCuO4+d. The doping dependence of b (r=r0+AT^b) and R_sub_H (at 350 mK) suggest a quantum phase transition at a critical doping near x=0.165.

研究の動機と目的

• 超伝導ドーム付近における電子ドーピングされたPr2-xCexCuO4+d薄膜の常態電子的性質を調査すること。
• 低温および特定のドーピングレベルにおいて、量子臨界行動が現れるかどうかを特定すること。
• 長距離秩序が存在しない状況での輸送測定を通じて、量子相転移の兆候を同定すること。
• ドーピングおよび温度依存のホール係数および抵抗率の変化を、電子構造の変化のプローブとして検討すること。
• 電子ドーピングされた銅酸化物系における仮定される量子相転移の臨界ドーピングを特定すること。

提案手法

• エピタキシャルで配向したPr2-xCexCuO4+d薄膜のab面方向抵抗率およびホール係数（RH）を、ドーピングレベル（x）の範囲および350 mKまで低下した温度で測定した。
• 抵抗率データは、ρ(T) = ρ₀ + AT^b の形のべき乗則フィットを用いて、温度依存指数bを抽出した。
• 350 mKにおけるホール係数を抽出し、ドーピングに伴うキャリア密度および符号の変化を評価した。
• 異なるドーピングレベルにおける抵抗率およびホールデータのスケーリングを用いて、相図における臨界点を同定した。
• 特定のドーピングレベルでの発散または挙動の変化を特定し、量子臨界点の存在を検討した。
• 不純物効果を最小限に抑えるために、高品質な単結晶薄膜を用い、信頼性の高い輸送データを確保した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 x ≈ 0.165近辺でキャリアの性質の変化を示唆する非単調なドーピング依存性を示すか、ホール係数が非単調的になるか？
• RQ2 抵抗率の温度依存性が金属的から非フェルミ液体的挙動に変化する臨界ドーピングが存在するか？
• RQ3 ドーピングレベルにわたる抵抗率およびホール係数のスケーリングが、絶対零度における量子相転移を示唆するか？
• RQ4 電子ドーピングされたPr2-xCexCuO4+dにおいて、臨界ドーピングx ≈ 0.165における電子的状態の性質は何か？
• RQ5 量子揺らぎは、超伝導ドーム付近の常態における輸送特性にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 350 mKにおけるホール係数RHは、x = 0.165近辺で非単調なドーピング依存性を示し、キャリアの種別または性質の変化を示唆している。
• 抵抗率ρ(T) = ρ₀ + AT^b の温度依存性において、x ≈ 0.165近辺で臨界指数bが顕著に変化しており、電子的挙動のクロスオーバーを示している。
• 異なるドーピングレベルにおける抵抗率およびホールデータのスケーリングは、x ≈ 0.165に量子臨界点が存在することを支持している。
• 観測された挙動は、熱的効果ではなく、絶対零度における量子揺らぎによって駆動される量子相転移と整合的である。
• 臨界ドーピングx ≈ 0.165は、常態において金属的から非フェルミ液体的状態に移行する点として特定された。
• 結果は複数のサンプルにわたり一貫しており、350 mKまで高精度で測定されたデータにより、熱的および不純物効果が最小限に抑えられている。