[論文レビュー] Quasiparticle to local moment crossover in bad metals

A. Chen, F. B. Kugler+5 more|arXiv (Cornell University)|Jan 14, 2026

Organic and Molecular Conductors Research被引用数 0

ひとこと要約

この論文は、κ-(BEDT-STF) x (BEDT-TTF)1−x)2Cu2(CN)3におけるフェルミ液体輸送からの逸脱の発現を、Mott転移近傍での準粒子崩壊と局所モーメントの出現へと徐々に結びつけ、NMRとDMFTを用いて輸送特性・スペクトル重み・スピンダイナミクスを結びつける。ft

ABSTRACT

Non-Fermi-liquid charge transport in the vicinity of electronic instabilities has been intensely studied for decades. Deviations from $ρ_{ m FL}=ρ_0+AT^2$ in bad and strange metals are commonly ascribed to a breakdown of Landau's quasiparticle (QP) concept. Yet, it remains unclear what mechanism drives the temperature dependence of $ρ(T)$ beyond $ρ_{ m FL}$. Here, we examine the bad metal upon approaching the Mott metal-insulator transition via chemical pressure in $κ$-[(BEDT-STF)$_x$(BEDT-TTF)$_{1-x}$]$ m _2 Cu_2 (CN)_3$. Through nuclear magnetic resonance (NMR) and transport experiments on the same single crystals, we directly link the onset of deviations from Korringa law $(T_1T)^{-1} = \mathrm{const.}$ with the rise of $ρ(T)$ beyond $ρ_{ m FL}$. From the NMR relaxation rate, we can identify the gradual crossover between the QP-dominated regime at low $T$ to predominant local moments at higher $T$. By comparing our experimental findings with dynamical mean-field theory calculations, which accurately reproduce the transport data, we reveal how this crossover is reflected in $T$-dependent changes of the QP spectrum. Near the Mott insulator, where $dρ/dT<0$ at high $T$, an Einstein-relation analysis shows that bad-metal behavior with $dρ/dT>0$ is driven by the temperature dependence of the electronic compressibility rather than the diffusion constant.

研究の動機と目的

• κ-(BEDT-STF) x (BEDT-TTF)1−x)2Cu2(CN)3におけるMott金属絶縁体転移近傍での非フェルミ液体輸送を調べる。
• NMRのKorringa挙動からの逸脱（T1−1）を抵抗率のρFL(T)からの逸脱と直接結びつける。
• MITを横断する温度と相関強度の変化に伴う準粒子のコヒーレンス evolutionを明らかにする。
• この系においてDMFTがQPスペクトル、輸送、局所モーメントの出現をどのように捉えるかを解明する。

提案手法

• 同一の κ-STF x 単結晶について、2–200 K の間で4点測定DC輸送と1H/13C NMRを実施。
• 絶縁相における局所モーメント緩和を示すT1−1(T)の絶縁マスターカーブを同定。
• 半充填ベーターレイジ格子上でのダイナミカル平均場理論（DMFT）を用い、ρ(T)とスペクトル関数 A(ω,T) を計算し実験と比較。
• DMFTの伝導をエインシュタイン関係 σ=Dκ および Drude様の表現 σ/σMIR=τtr Ekin で分解し、輸送機構を解釈。
• A(ω)におけるQPピークの高さ A(0,T) を輸送および T1−1 に関連づけ、温度とともにQPコヒーレンス喪失を示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 κ-STF x におけるMott MIT近傍での温度依存の抵抗率は相関強度とともにどう発展するか。
• RQ2 準粒子がいつどのようにコヒーレンスを失い、それがNMR緩和（T1−1）とKorringa挙動にどう現れるか。
• RQ3 DMFTは観測されたρ(T)とA(ω)のQPピークの温度依存を正しく再現できるか。
• RQ4 電子圧縮率と拡散の相対的な役割は、MIR限界近傍の悪金属輸送をどのように推進するか。
• RQ5 準粒子支配の輸送から局所モーメント輸送へのカ crossoverは、組み合わせた輸送データとNMRデータにおいてどのように現れるか。

主な発見

• Korringa法則の崩壊（T1T）−1 と悪金属領域でのρ(T)のρFL超過の上昇との直接的な関連を確立。
• NMRは低温で準粒子支配の輸送から高温で局所モーメント支配への徐々のカ crossoverを示し、悪金属カrossover付近で (T1T)−1 の最大を示す。
• DMFTはρ(T)を定量的に再現し、A(ω)の準粒子ピークが温度とともに薄れていき、 Tmax を超える温度で熱的に満たされた準ギャップを示す。
• 悪金属領域では拡散定数 D はほとんど変わらず、圧縮率 κ が σ の著しい低下を促進する、エインシュタイン関係の見地と一致。
• Fermi-liquid領域はT−2の抵抗率を示し、比較的一定の (T1T)−1 であるが、Fermi-liquidを超えると輸送は進化するQP重み Zω と帯域幅効果に支配される。