[論文レビュー] High Field Studies of Superconducting Fluctuations in High-T_c Cuprates: Evidence for a Small Gap distinct from the Large Pseudogap

F. Rullier-Albenque, H. Alloul+1 more|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|Feb 11, 2011

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、最大60 Tの高磁場を用いてYBa2Cu3O6+xにおける超伝導揺らぎ（SCF）を抑制し、超伝導ギャップ（SCギャップ）が空孔ドーピングに伴い増加するのに対し、準位相転移温度（T*）は減少することを明らかにした。結果は、準位相が超伝導の前身ではなく、別個の磁気秩序から生じることを示しており、最適ドーピング近辺ではSCFはガウス型（アスラマゾフ＝ラリン）揺らぎに支配され、ドーピング不足の試料では位相揺らぎが支配的である。このデータは、ドーピングと不純物を組み込んだ三次元相図を構築し、カルピット系物理学における長年の曖昧さを解消した。

ABSTRACT

We have used pulsed magnetic fields up to 60Tesla to suppress the contribution of superconducting fluctuations(SCF)to the conductivity above Tc in a series of YBa2Cu3O6+x from the deep pseudogapped state to slight overdoping. Accurate determinations of the SCF conductivity versus temperature and magnetic field have been achieved. Their joint quantitative analyses with respect to Nernst data allow us to establish that thermal fluctuations following the Ginzburg-Landau(GL) scheme are dominant for nearly optimally doped samples. The deduced coherence length xi(T) is in perfect agreement with a gaussian (Aslamazov-Larkin) contribution for 1.01Tc

研究の動機と目的

• 高磁場を用いて高温超伝導体における超伝導揺らぎ（SCF）の性質と範囲を、Tcを超える領域で特定すること。
• 準位相転移温度（T*）が超伝導対形成の前身であるのか、それとも別個の現象であるのかという長年の論争を解決すること。
• ドーピングおよび不純物レベルの変化に伴い、超伝導ギャップ、準位相、臨界磁場（Hc2、H′）の関係を定量的に特定すること。
• ドーピング、不純物、超伝導揺らぎを組み込んだ三次元相図を構築し、カルピット系に見られる異常な挙動を説明すること。

提案手法

• 60 Tに達するパルス磁場を、空孔ドーピングレベルの異なるYBa2Cu3O6+xに印加し、SCFを抑制した。
• Ab面方向の電導度を測定することで、SCF寄与を分離し、揺らぎ磁気電導度の定量的解析を可能にした。
• SCFデータとネルンスト効果測定の共同解析により、ガウス型（アスラマゾフ＝ラリン）揺らぎと位相揺らぎの寄与を区別した。
• 揺らぎデータから臨界磁場Hc2(0)およびSCF完全抑制を示すH′(T)を抽出した。H′(T)はSCFの完全抑制を示す。
• 電子線照射による不純物導入を実施し、SCFおよび位相揺らぎに及ぼす影響を調査した。
• ドーピングおよび不純物を軸として、Tc′、T*、Hc2(0)、H′(0)の実験データを用いて三次元相図を構築した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 準位相転移温度（T*）は超伝導対形成の前身であるのか、それとも別個の電子秩序から生じるのか？
• RQ2 ドーピング不足および最適ドーピングのカルピット系において、Tcを超える領域での超伝導揺らぎ（SCF）の性質は、ガウス型か位相揺らぎが支配的か？
• RQ3 空孔ドーピングに伴い、臨界磁場Hc2(0)およびH′(0)はどのように変化するのか。それらは超伝導ギャップの性質を何を示唆するのか？
• RQ4 不純物はSCFおよび観察される位相転移の挙動をどの程度変化させるのか？
• RQ5 ドーピング、不純物、揺らぎ行動を統合した統一的な三次元相図は、カルピット科に見られる多様な観察結果を説明できるか？

主な発見

• Hc2(0)およびH′(0)によるプローブにより、超伝導ギャップは空孔ドーピングに伴い増加するが、これは準位相転移温度T*が減少するのと正反対の傾向である。
• ほぼ最適ドーピングの試料では、SCFはギンツブルグ＝ランダウ理論に従い、1.01Tc ≤ T ≤ 1.2Tcの範囲でガウス型（アスラマゾフ＝ラリン）揺らぎに支配される。
• 最もドーピング不足の試料では、特に電子線照射による不純物導入により、位相揺らぎの寄与が顕著に増大する。
• H′(T)およびHc2(0)はほぼ同一であり、両者とも空孔ドーピングに伴い増加することが判明し、超伝導ギャップの大きさと直接的な関連があることが示された。
• 準位相（T*）は超伝導対形成とは関係がなく、ドーピングに伴いT*は減少するが超伝導ギャップは増加するため、別個の現象であることが確認された。
• ドーピング、不純物、揺らぎ行動を統合した三次元相図は、カルピット系の多様な異常な挙動を包括的に説明でき、特にクリーン系においてTc′とT*の重なりが観察される現象を解明した。