[論文レビュー] Ultrasonic signatures at the superconducting and the pseudogap phase boundaries in YBCO cuprates

Arkady Shekhter, A. Migliori+8 more|arXiv (Cornell University)|Aug 28, 2012

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用数 2

ひとこと要約

本論文は、YBCOカップレートスの準ギャップが、超伝導ドーム内での絶対零度で終了する相転移の線で囲まれた明確な相であるという証拠を提供している。超音波測定を用いて、著者らは量子臨界性が奇妙な金属的挙動と超伝導性を駆動することを示し、準ギャップの性質について長年の論争を解決した。

ABSTRACT

Close to optimal doping, the copper oxide superconductors show 'strange metal' behavior, suggestive of strong fluctuations associated with a quantum critical point. Such a critical point requires a line of classical phase transitions terminating at zero temperature near optimal doping inside the superconducting 'dome'. The underdoped region of the temperature-doping phase diagram from which superconductivity emerges is referred to as the 'pseudogap' because evidence exists for partial gapping of the conduction electrons, but so far there is no compelling thermodynamic evidence as to whether the pseudogap is a distinct phase or a continuous evolution of physical properties on cooling. Here we report that the pseudogap in YBCO cuprate superconductors is a distinct phase, bounded by a line of phase transitions. The doping dependence of this line is such that it terminates at zero temperature inside the superconducting dome. From this we conclude that quantum criticality drives the strange metallic behavior and therefore superconductivity in the cuprates.

研究の動機と目的

• YBCOカップレートスにおける準ギャップが明確な相であるか、電子的性質の連続的変化であるかを特定すること。
• 超伝導ドーム内での絶対零度で終了する相転移の線の存在を調査すること。
• 最適ドーピング付近で観察される奇妙な金属的挙動が、量子臨界性に起因するかを確立すること。
• 超音波測定を用いて、準ギャップ領域における量子臨界フラクチュエーションのシグネチャーを特定し、準ギャップの熱力学的性質に関する長年の曖昧さを解消すること。

提案手法

• YBCO単結晶を、さまざまなドーピングレベルおよび温度範囲で超音波測定した。
• 電子的および格子振動のプローブとして、超音波速度および減衰の変化に注目した分析を行った。
• ドーピング依存性の超音波シグネチャーをマッピングし、相転移を示す異常を特定した。
• 絶対零度における量子臨界点近傍のフラクチュエーションの観点からデータを解釈した。
• 超音波異常のドーピング依存性から、準ギャップ相境界の挙動を抽出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 YBCOにおける準ギャップは、明確な相境界を持つ明確な相であるか？
• RQ2 準ギャップ相境界は、超伝導ドーム内での絶対零度で終了するか？
• RQ3 アンダードープ領域で観察される奇妙な金属的挙動は、量子臨界性によって駆動されているか？
• RQ4 超音波測定は、準ギャップ領域における量子臨界フラクチュエーションのシグネチャーを検出できるか？

主な発見

• YBCOにおける準ギャップは、超伝導ドーム内での絶対零度で終了する相転移の線で囲まれた明確な相である。
• 超音波シグネチャーは、絶対零度における量子臨界点と整合するドーピング依存性の異常を示している。
• 相境界が絶対零度で終了することは、アンダードープ領域における量子臨界性の存在を支持する。
• 観察された奇妙な金属的挙動は、この量子臨界点と直接的に関連しており、それがカップレートスにおける奇妙な金属的挙動の起源を説明している。