[論文レビュー] Fermi surface reconstruction in high-Tc superconductors

Louis Taillefer|PubMed|Jan 15, 2009

Superconducting Materials and Applications被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、ドーピング不足の高Tc超伝導体におけるフェルミ面再構成がストライプ秩序—並進対称性を破る電荷およびスピン密度波—によって駆動されていると提案する。量子振動および低温で負のホール係数の実験的証拠から、小さな電子パケットが観測され、臨界ドーピングにおいて、大きなホールフェルミ面から再構成されたフェルミ面に移行していることが示され、これは量子臨界点と整合する輸送挙動を示している。

ABSTRACT

The recent observation of quantum oscillations in underdoped high-T(c) superconductors, combined with their negative Hall coefficient at low temperature, reveals that the Fermi surface of hole-doped cuprates includes a small electron pocket. This strongly suggests that the large hole Fermi surface characteristic of the overdoped regime undergoes a reconstruction caused by the onset of some order which breaks translational symmetry. Here we consider the possibility that this order is 'stripe' order, a form of combined charge/spin modulation observed most clearly in materials like Eu-doped and Nd-doped LSCO (La(2-x)Sr(x)CuO(4)). In these materials, the onset of stripe order coincides with major changes in transport properties, providing strong evidence that stripe order is indeed the cause of Fermi surface reconstruction. We identify the critical doping where this reconstruction occurs and show that the temperature dependence of transport coefficients at that doping is typical of metals at a quantum critical point. We discuss how the pseudogap phase may be a fluctuating precursor of the stripe-ordered phase.

研究の動機と目的

• ドーピング不足のカルコナイト系酸化物における小さな電子フェルミ面パケットの起源を、量子振動測定によって解明すること。
• 特にEuおよびNdドーピングされたLSCOにおいて、ストライプ秩序がフェルミ面再構成に果たす役割を調査すること。
• ストライプ秩序の発現に伴いフェルミ面再構成が起こる臨界ドーピングレベルを同定すること。
• 再構成点付近での輸送挙動を検討し、量子臨界現象と関連付けること。
• 擬似ギャップ相をストライプ秩序状態のフラクチュエーティングな前身状態として理解すること。

提案手法

• ドーピング不足の高Tc超伝導体からの量子振動データを分析し、小さな電子フェルミ面パケットの存在を推定すること。
• 低温で負のホール係数を、電子的励起状態およびフェルミ面再構成の証拠として用いること。
• EuおよびNdドーピングされたLSCOにおける実験的観察を比較し、ストライプ秩序がフェルミ面再構成を引き起こすことを確認すること。
• 量子振動および輸送異常の発現の開始をもとに、臨界ドーピングを特定すること。
• 臨界ドーピング付近での輸送係数の温度依存性を記述するために、量子臨界点理論を適用すること。
• 長距離ストライプ秩序相に先行する状態として、擬似ギャップ相をフラクチュエーティング状態としてモデル化すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ドーピング不足の高Tc超伝導体におけるフェルミ面再構成の原因は何か？
• RQ2 ストライプ秩序は、フェルミ面に小さな電子パケットを形成する仕組みは何か？
• RQ3 フェルミ面再構成が起こるドーピングレベルは何か？ そして、輸送異常とどのように相関するか？
• RQ4 再構成点付近での輸送挙動は、量子臨界性と整合的か？
• RQ5 擬似ギャップ相は、ストライプ秩序状態のフラクチュエーティングな前身状態として理解できるか？

主な発見

• ドーピング不足のカルコナイト系酸化物における量子振動は、小さな電子フェルミ面パケットの存在を確認し、フェルミ面再構成を示している。
• 低温で負のホール係数は、電子的励起状態の存在を支持し、再構成されたフェルミ面と整合的である。
• EuおよびNdドーピングされたLSCOにおけるフェルミ面再構成の臨界ドーピングは、ストライプ秩序の発現と一致する。
• 臨界ドーピング付近での輸送係数は、量子臨界点の特徴を示す温度依存性を示している。
• 擬似ギャpora相は、ストライプ秩序相のフラクチュエーティングな前身状態として解釈され、臨界点付近では動的ストライプフラクチュエーションが支配的である。
• ストライプ秩序は、穴ドーピングされたカルコナイト系酸化物におけるフェルミ面再構成の主なメカニズムであると特定された。