[論文レビュー] The surprising quantum oscillations in electron doped high temperature superconductors

Jonghyoun Eun, Xun Jia+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 3, 2009

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、電子ドーピングされた高温超伝導体、特にNd2−xCexCuO4における量子揺動を、密度波モデルと伝搬行列法を用いて磁場下での電導度を計算することで解明している。これらの揺動は、不純物が多いにもかかわらず、穴ドーピングされたカルピートスに類似した振る舞いを示す再構成されたフェルミ表面におけるランダウ準位の形成に起因しており、共通の正常状態の起源を支持している。

ABSTRACT

Quantum oscillations in hole doped high temperature superconductors are difficult to understand within the prevailing views. An emerging idea is that of a putative normal ground state, which appears to be a Fermi liquid with a reconstructed Fermi surface. The oscillations are due to formation of Landau levels. Recently the same oscillations were found in the electron doped cuprate, $\mathrm{Nd_{2-x}Ce_{x}CuO_{4}}$, in the optimal to overdoped regime. Although these electron doped non-stoichiometric materials are naturally more disordered, they strikingly complement the hole doped cuprates. Here we provide an explanation of these observations from the perspective of density waves using a powerful transfer matrix method to compute the conductance as a function of the magnetic field.

研究の動機と目的

• 最近観測された電子ドーピングされた高温超伝導体、たとえばNd2−xCexCuO4における量子揺動を、従来の理解に挑戦する形で説明すること。
• これらの揺動が、特に再構成されたフェルミ表面とランダウ準位の形成を介して、穴ドーピングされたカルピートスと共通の起源を持つのかを調査すること。
• 不純物の多い電子ドーピング系においても、密度波物理学と頑健な計算手法を用いて理論的説明を提供すること。

提案手法

• 本研究は、不均一な密度波が存在する状況下で、磁場を関数とする電子的電導度を計算するために伝搬行列法を採用している。
• 観測された量子揺動と整合する再構成されたフェルミ表面を持つ密度波状態を用いて、電子構造をモデル化している。
• 非化学 stoichiometric な電子ドーピング材料、たとえばNd2−xCexCuO4に内在する不純物をこの手法が考慮している。
• 実験的量子揺動測定を模倣するために、さまざまな磁場下での電導度を計算している。
• この手法は、再構成されたフェルミ表面におけるランダウ準位の量子化と、揺動的電導度を結びつけている。
• 結果を穴ドーピングされたカルピートスと比較し、ドーピングや不純物の違いにもかかわらず、定性的な類似性を強調している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Nd2−xCexCuO4のような電子ドーピングカルピートスにおける量子揺動は、穴ドーピング系と同様に、再構成されたフェルミ表面とランダウ準位の形成に起因するのか？
• RQ2 不純物が多いにもかかわらず、電子ドーピング材料で同じ揺動的振る舞いがどのように生じるのか？
• RQ3 密度波状態が、電子ドーピングされた高温超伝導体における磁場下での観測電導度揺動をどの程度説明できるのか？
• RQ4 伝搬行列法は、対称性が破壊された状態を示す不純物を含むドーピングされたカルピートスにおける電導度揺動を正確にモデル化できるのか？
• RQ5 ホールドーピングおよび電子ドーピングカルピートスの両方における量子揺動を統一的に説明する、共通の正常状態基底状態に基づく説明は存在するのか？

主な発見

• 電子ドーピングされたNd2−xCexCuO4における量子揺動は、密度波秩序に起因する再構成されたフェルミ表面におけるランダウ準位の形成によって説明される。
• 伝搬行列法は、磁場下での揺動的電導度を成功裏に再現し、電子ドーピング系における実験的観測と一致している。
• 高い不純物濃度にもかかわらず、電子ドーピングカルピートスは、一貫性のある正常状態を示し、再構成されたフェルミ表面の頑健性を示唆している。
• 結果は、ホールドーピングおよび電子ドーピングカルピートスが、フェルミ表面再構成を示す仮説的な正常状態を共通して持つ統一的画像を支持している。
• 本研究は、密度波物理学が、不純物領域でさえも、さまざまなカルピートス系における量子揺動を妥当に説明できることを示している。