[論文レビュー] Scaling Behavior of the Longitudinal and Transverse Transport in Quasi One-Dimensional Organic Conductors

Martin Dressel, K. Petukhov+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 13, 2004

Organic and Molecular Conductors Research参考文献 59被引用数 49

ひとこと要約

本研究は、準一次元有機導体 (TMTSF)2PF6 および (TMTSF)2ClO4 における dc 電気抵抗および接触なしマイクロ波測定を a、b′、c∗ 軸に沿って行い、電気的輸送の異方性を調査した。 (TMTSF)2PF6 では約 100 K で次元的クロスオーバーが観察され、a および b′ 軸に沿って Luttinger 液体行動と整合するべきべき乗則スケーリングが得られた。一方、(TMTSF)2ClO4 は予想に反して低い異方性を示し、200 K 以上でのみ弱い一次元的特徴が観察された。これは、遷移積分からの予想を揺るがす結果であった。

ABSTRACT

We report on dc and microwave experiments of the low-dimensional organic conductors (TMTSF)$_2$PF$_6$ and (TMTSF)$_2$ClO$_4$ along the $a$, $b^{\prime}$, and $c^*$ directions. In the normal state of (TMTSF)$_2$PF$_6$ below T=70 K, the dc resistivity follows a power-law with $ ho_a$ and $ ho_{b^{\prime}}$ proportional to $T^2$ while $ ho_{c^*}\propto T$. Above $T = 100$ K the exponents extracted from the data for the $a$ and $c^*$ axes are consiste1nt with what is to be expected for a system of coupled one-dimensional chains (Luttinger liquid) and a dimensional crossover at a temperature of about 100 K. The $b^\prime$ axis shows anomalous exponents that could be attributed to a large crossover between these two regimes. The contactless microwave measurements of single crystals along the $b^{\prime}$-axis reveal an anomaly between 25 and 55 K which is not understood yet. The organic superconductor (TMTSF)$_2$ClO$_4$ is more a two-dimensional metal with an anisotropy $ ho_a/ ho_{b^{\prime}}$ of approximately 2 at all temperatures. Such a low anisotropy is unexpected in view of the transfer integrals. Slight indications to one-dimensionality are found in the temperature dependent transport only above 200 K. Even along the least conducting $c^*$ direction no region with semiconducting behavior is revealed up to room temperature.

研究の動機と目的

• 準一次元有機導体 (TMTSF)2PF6 および (TMTSF)2ClO4 における縦方向および横方向輸送のスケーリング行動を調査すること。
• これらの材料において、特に正規状態および異なる結晶学的方向に沿って、Luttinger 液体行動がどの程度顕在化するかを特定すること。
• 接触抵抗および表面効果を最小限に抑えた状態で、a、b′、c∗ という3つの結晶学的軸に沿った測定により、異方性に関する矛盾を解消すること。
• (TMTSF)2PF6 における次元的クロスオーバー温度を特定し、その輸送異常におけるサイドチェーン結合の役割を評価すること。
• 化学的調整および圧力に類似した調整の下での (TMTSF)2PF6 と (TMTSF)2ClO4 の輸送行動を比較し、準一次元系における電子的応答の普遍性を検証すること。

提案手法

• 高品質な単結晶を用いて、(TMTSF)2PF6 および (TMTSF)2ClO4 の a、b′、c∗ 方向に沿った低温 dc 四端子抵抗測定を実施した。
• 接触抵抗のアーティファクトを避けるために、24、33.5、60 GHz のマイクロ波分光法を用いて誘電応答および導電度を非接触で測定した。
• 針状およびモザイク配置の単結晶を用いて、特に c∗ 方向に対して方向選択性を高めた。
• 3He クライオスタットを用いて 1.1 K 未満まで冷却し、超伝導状態にアクセスした。クエンチおよびリラックスした熱歴史の両方を用いて測定した。
• 温度依存の抵抗率データをべき乗則フィットを用いて解析し、臨界指数を抽出し、クロスオーバー領域を特定した。
• 遷移積分 (ta : tb : tc ≈ 250 : 20 : 1 meV) を根拠に、結合した Luttinger チェーンおよび T ≈ 100 K での次元的クロスオーバーに関する理論的予想と結果を比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 (TMTSF)2PF6 および (TMTSF)2ClO4 における a、b′、c∗ 方向に沿った dc 電気抵抗のスケーリング行動は何か？ これは Luttinger 液体物理学を反映しているか？
• RQ2 (TMTSF)2PF6 において、一次元的から三次元的挙動への次元的クロスオーバーがどの温度で発生するか？ これは理論的予測と一致するか？
• RQ3 (TMTSF)2ClO4 は遷移積分において強い一次元的特徴を示しているにもかかわらず、なぜ低異方性 (ρa/ρb′ ≈ 2) を示すのか？
• RQ4 (TMTSF)2PF6 において、b′ 軸に沿ったマイクロ波測定で 25～55 K の間に観察された異常な抵抗率異常は、何が原因か？
• RQ5 化学的調整の下での (TMTSF)2PF6 と (TMTSF)2ClO4 の輸送特性を比較すると、準一次元系における普遍性にどのような示唆が得られるか？

主な発見

• (TMTSF)2PF6 において 70 K 未満では、ρa および ρb′ が T² に比例し、ρc∗ が T に比例する。これは、異なる軸に沿った一次元的輸送行動の顕著な相違を示している。
• 100 K 以上では、a 軸および c∗ 軸に沿った抵抗率指数が Luttinger 液体予測と整合しており、約 100 K での次元的クロスオーバーを示している。
• (TMTSF)2PF6 の b′ 軸抵抗率は異常な指数を示しており、一次元的および三次元的領域間の大きなクロスオーバーが原因である可能性が高い。
• 接触なしマイクロ波測定により、25～55 K の間で b′ 軸応答に説明のつかない異常が観察されたが、そのメカニズムはまだ解明されていない。
• (TMTSF)2ClO4 では、全温度範囲で ρa/ρb′ ≈ 2 の低い異方性が維持されており、遷移積分からの予想とは矛盾しており、強いサイドチェーン結合を示している。
• (TMTSF)2ClO4 の c∗ 方向には、室温まで半導体的挙動は観察されず、200 K 以上でのみ弱い一次元的特徴がわずかに観察された。