[論文レビュー] Pseudogap and local pairs in high-Tc cuprate superconductors

A. L. Solovjov, M. A. Tkachenko|arXiv (Cornell University)|Dec 16, 2011

Physics of Superconductivity and Magnetism参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、Bi2201単結晶の抵抗率およびARPESデータを用いて、高温超伝導体の準位相が局所的対——ボーズ＝アインシュタイン凝縮と通常のコープアー対の中間状態——の形成に起因するものであると提案する。モデルは、スペクトル重みの損失と過剰導電率の温度依存性を説明し、計算された準位相とARPESで測定されたスペクトル重みの間に良好な一致を示しており、局所的対が準位相形成の主要因であることを支持する。

ABSTRACT

Analysis of the resistivity data recently reported by Kondo et al. [1] for (Bi,Pb)2(Sr,La)2CuO{6-delta} (Bi2201) single-crystals has been performed within our model developed to study pseudogap (PG) in high-Tc superconductors (HTS's). The model is based on an assumption of the existence of local pairs in HTS's at temperatures well above Tc. Comparative analysis of our results and results of ARPES experiments reported by Kondo et al. suggests the local pairs to be one of the possible reason of the PG formation.

研究の動機と目的

• アンダードープな高温超伝導体の準位相の起源を解明すること、特にBi2201単結晶を対象としている。
• Tcより上でも存在するとされる局所的対——中間的束縛フェルミオン状態——が存在し、準位相行動を駆動するという仮説を検証すること。
• 抵抗率測定値とARPESによるスペクトル重みの損失を一致させることで、局所的対モデルの妥当性を検証すること。
• 準位相、局所的対形成、および超伝導フラクチュエーションの関係を明確にすること。

提案手法

• KondoらによるOP35K Bi2201単結晶の抵抗率データを分析し、過剰導電率σ′(T)を抽出した。
• Tcより上での遷移を予備形成ボソン的対（SBB）からフラクチュエーティングコープアー対への移行に基づく局所的対モデルを適用した。
• ρN(T) = αT + b を正規状態から外挿して得たρN(T)を用い、σ′(T) = [ρN(T) − ρ(T)] / [ρ(T)ρN(T)] の式で過剰導電率を計算した。
• Tc = 35 K、T* = 160 K、ξ(0) ≈ 1.5 Å、A4 = 25 のパラメータを用いて、実験的σ′(T)に一致するように準位相Δ*(T)をフィッティングした。
• 得られたΔ*(T)を、同一試料からのARPESによるスペクトル重みW(EF)(T)およびスペクトルギャップSG(T)と比較した。
• 局所的対状態との関連を検証するため、W(EF)(T)の温度依存性とその相関関係を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Bi2201における準位相は、Tcより上での局所的対の形成に起因するか？
• RQ2 スペクトル重みの損失W(EF)(T)の温度依存性と準位相Δ*(T)の間には直接相関があるか？
• RQ3 局所的対モデルは、抵抗率データとARPESデータの両方を同時に説明できるか？
• RQ4 なぜスペクトルギャップSG(T)は準位相の最大値Tpairと比較して低温側にシフトしているのか？
• RQ5 局所的対状態に関連して、Tpair ≈ 100 Kという温度が物理的に何を意味するのか？

主な発見

• 計算された準位相Δ*(T)は、ARPESで測定されたスペクトル重みの損失W(EF)(T)と良好に一致しており、特にTmax ≈ 100 Kの周辺で顕著である。TmaxはSBBからフラクチュエーティングコープアー対への遷移を示す。
• 2Δ*(Tc)/kB Tc ≈ 4.57 という値は、典型的な高温超伝導体と整合しており、モデルの物理的妥当性を裏付けている。
• Δ*(T)/Δ*max の最大値がT ≈ 100 Kに現れ、Tpairと一致しており、SBBからフラクチュエーティングコープアー対への相転移を示している。
• スペクトル重みW(EF)(T)はTpair以上で温度に線形依存を示し、これはSBBの存在に起因するとされ、T*を超えると消失する。
• Tpair未満では、スペクトル重みの損失がフラクチュエーティングコープアー対の形成と相関しており、超伝導フラクチュエーションと整合する。
• SG(T)（最大40 meV）とΔ*(T)（最大16.5 meV）の絶対値の差異は、SGとPGが直接相関しないことを示唆しており、単純な同一視は成り立たない。