[論文レビュー] The superfluid density in cuprate high-Tc superconductors - a new paradigm

J. L. Tallon, J. W. Loram+3 more|Max Planck Institute for Plasma Physics|Nov 5, 2002

Superconducting Materials and Applications被引用数 16

ひとこと要約

本論文は、ドーピング依存性のd波ギャップDo（T=0での最大d波ギャップ）を用いた修正されたスケーリング関係Tc/Do対rs（超伝導体の超流動密度）を導入することで、ドーピング不足の銅酸化物高温超伝導体における超流動密度（rs）を理解するための新しいパラダイムを提案する。このプロットにおける観測された負の曲率は、正常状態の状態密度にギャップを形成する競合する基底状態相関が存在することを示しており、これはTcやTc/Doよりも著しくrsを抑制していることを示しており、擬似ギャップが超伝導基底状態を顕著に変化させていることを示している。

ABSTRACT

The doping dependence of the superfluid density, r_s, of high-Tc superconductors is usually considered in the context of the Uemura relation, namely Tc proportional to rs, which is generally assumed to apply in the underdoped regime. We show that a modified plot of Tc/Do versus rs, where Do is the maximum d-wave gap at T=0, exhibits universal features that point to an alternative interpretation of the underlying physics. In the underdoped region this plot exhibits the canonical negative curvature expected when a ground-state correlation competes with superconductivity (SC) by opening up a gap in the normal-state DOS. In particular rs is suppressed much faster than Tc/Do or indeed Tc. The pseudogap is found to strongly modify the SC ground state.

研究の動機と目的

• 標準的な上松関係を超えて、銅酸化物における超流動密度（rs）のドーピング依存性を再表現すること。
• 擬似ギャップが超伝導基底状態をどのように変化させ、超伝導性と競合するかを調査すること。
• 正常状態に隠れた競合相関を明らかにするために、Tc/Do 対 rs プロットに見られる普遍的特徴を特定すること。
• ドーピング不足領域における上松関係の従来の解釈に限界があることを示し、それを挑戦すること。

提案手法

• 著者らは、ドーピング不足領域におけるさまざまな銅酸化物材料のTcおよびrsに関する実験データを分析する。
• ドーピング依存のギャップ大きさを補正するため、Tc/Do（T=0での最大d波ギャップDoによる正規化されたスケーリング変数）を導入する。
• Tc/Do 対 rs のプロットを用いて、異なる銅酸化物ファミリーにわたる普遍的傾向を明らかにする。
• このプロットの曲率を、正常状態の状態密度にギャップを形成する競合する基底状態相関の証拠と解釈する。
• rsの抑制がTcに線形的でないことが前提であり、擬似ギャップ効果によって強化されていると仮定する。
• 複数の高温超伝導銅酸化物からのデータのフィッティングと可視化に依存し、普遍的行動を同定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ドーピング依存性の最大d波ギャップDoで正規化した場合、ドーピング不足の銅酸化物における超流動密度rsはどのようにドーピングに依存するか？
• RQ2 Tc/Do 対 rs プロットにおける観測された負の曲率の原因は何か？ これは競合する電子相に何を示唆するか？
• RQ3 擬似ギャップが超伝導基底状態をどれほど強く変化させ、rsをどれほど抑制するか？
• RQ4 強い擬似ギャップ効果が存在する状況でも、上松関係Tc ∝ rs は依然として有効であるか？
• RQ5 超伝導性と競合相関の相互作用を捉える普遍的なスケーリング関係を確立できるか？

主な発見

• ドーピング不足領域において、Tc/Do 対 rs プロットは普遍的な負の曲率を示しており、これは正常状態の状態密度にギャップを形成する競合する基底状態相関が存在することを示している。
• ドーピングが減少するに従い、rsはTc や Tc/Do よりもはるかに急速に抑制されていることが示されており、これは単純な上松スケーリングをはるかに超える強い抑制を示している。
• 擬似ギャップ状態は超伝導基底状態を強く変化させており、超伝導性が単純なBCS型の正常状態から生じるのではなく、より複雑な状態から生じていることを示唆している。
• 異なる銅酸化物ファミリーにわたる観測された普遍的行動は、正常状態に共通の競合秩序パラメータが存在することを支持している。
• データは、擬似ギャップおよび競合相関の影響により、上松関係がドーピング不足領域で崩壊することを示唆している。
• 修正されたスケーリング関係Tc/Do 対 rs は、高温超伝導銅酸化物における超伝導ペアリングをより正確かつ普遍的に記述するものである。