[論文レビュー] Hidden Fermi-liquid behavior throughout the phase diagram of the cuprates

N. Barišić, M. K. Chan+8 more|arXiv (Cornell University)|Jul 28, 2015

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、カルシウム銅酸化物系がプリギャップ相および全相図にわたり、輸送散乱率に普遍的で二次的な温度依存性を示すことを示している。これは、非摂動的輸送行動にもかかわらず、標準的なフェルミ液体散乱メカニズムを示している。これは、奇妙な金属相における観察されたT線形抵抗率が、二次的散乱率とT線形キャリア密度の相乗作用に起因するものであり、ランダウ準粒子の枠組みが保たれていることを示唆している。

ABSTRACT

The superconducting state of the cuprates evolves from an enigmatic strange metal phase that is characterized by a large resistivity with extended linear temperature dependence. At moderate and low carrier doping, there exists an intermediate pseudogap phase with a partially gapped Fermi surface. These unusual properties have motivated proposals to consider unconventional electronic scattering mechanisms and even to abandon the Landau quasiparticle paradigm. We present planar dc-resistivity and Hall-effect measurements for HgBa2CuO4+{\delta} and combine them with prior results for other cuprate compounds to demonstrate that the transport scattering rate is quadratic in temperature across the pseudogap temperature T*, and moreover doping and compound independent. Together with prior evidence for Fermi-liquid charge transport at high doping and at temperatures below T*, this universal behavior implies an underlying conventional scattering mechanism throughout the entire phase diagram. Moreover, this result points to the distinct possibility that the approximately T-linear resistive behavior in the strange-metal phase is simply the result of the combined effects of a quadratic scattering rate and an approximately T-linear carrier density.

研究の動機と目的

• カルシウム銅酸化物系における奇妙な金属行動と、高ドーピングおよび低温におけるフェルミ液体的輸送の共存が、長年の謎である。
• プリギャップ相および奇妙な金属相における非摂動的抵抗率が、標準的な散乱メカニズムで説明可能かどうかを検証する。
• 輸送散乱率がドーピングおよび化合物に依存しないかどうかを特定し、普遍的なメカニズムを示す。
• 抵抗率のT線形性と準粒子の破壊がないという事実の間にある顕著な矛盾を解明する。

提案手法

• HgBa2CuO4+δ（Hg-1201）で平面状dc抵抗率およびホール効果測定を実施した。
• 他のカルシウム銅酸化物化合物の先行結果と組み合わせ、普遍性を確立した。
• 抵抗率およびホール係数のデータから、輸送散乱率の温度依存性を抽出した。
• プリギャップ相（T*）および奇妙な金属領域を含む全相図にわたり、散乱率を分析した。
• 散乱率の二次的T依存性と抵抗率の線形的T依存性の相乗作用を比較し、その相関を評価した。
• 観察されたT線形抵抗率が、二次的散乱率とT線形キャリア密度の積によって説明可能かどうかを検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 カルシウム銅酸化物系のプリギャップ相における輸送散乱率は、温度に対して二次的であり、ドーピングおよび材料組成に依存しないか？
• RQ2 奇妙な金属相で観察されたT線形抵抗率は、標準的なフェルミ液体散乱メカニズムで説明可能か？
• RQ3 全相図にわたり二次的散乱率が存在することは、カルシウム銅酸化物系におけるランダウ準粒子の存続を支持するか？
• RQ4 キャリア密度が二次的散乱率と組み合わさった際に、抵抗率の線形性にどの程度寄与するか？

主な発見

• HgBa2CuO4+δにおける輸送散乱率は、プリギャップ相（T*）で温度に対して二次的依存を示し、カルシウム銅酸化物系全体にわたり普遍性が確認された。
• 散乱率はドーピングおよび化合物に依存せず、カルシウム銅酸化物相図全体にわたり普遍的なメカニズムを示している。
• 奇妙な金属相における観察されたT線形抵抗率は、二次的散乱率とT線形キャリア密度の積によって定量的に説明可能である。
• これらの結果は、プリギャップ相および奇妙な金属相を含め、全ドーピング領域にわたり標準的なフェルミ液体散乱メカニズムが成立することを支持する。
• 研究結果は、抵抗率に従来のフェルミ液体的振る舞いがないにもかかわらず、ランダウ準粒子の枠組みがカルシウム銅酸化物系においても有効である可能性を示唆している。