[論文レビュー] Universality of linear in temperature and linear in field Planckian scattering rate in high temperature cuprate superconductors

K. Remund, K. V. Nguyen+5 more|arXiv (Cornell University)|Feb 11, 2026

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ひとこと要約

この論文は、未ドープLSCOにおけるプランク的散乱の普遍的なB/トータルスケーリングを示し、局所的なQCP近傍でのスピンベースの量子臨界機構を通じてT線形およびB線形の抵抗を結びつけ、二つのプランク的挙動を統一する。

ABSTRACT

One of the long standing puzzles in strongly correlated materials is the microscopic origin of the quantum critical Planckian strange metal phase with universal linear in temperature scattering rate from which unconventional superconductivity directly emerges by lowering temperatures. Recently, the linear in temperature and linear in field resistivity have been simultaneously observed in high temperature cuprate superconductors, manifested by the universal field to temperature scaling in magnetoresistivity. To date, there has been a lack of coherent and unified understanding of these coexisting linear behaviors and their possible link to quantum criticality. In this work, we establish the universality in linear in temperature and linear in field Planckian behaviors in underdoped LSCO near optimal doping. Experimentally, we observe the linear in field Planckian scattering rate and its relation to its linear in temperature counterpart. Theoretically, we propose a spin based common microscopic mechanism based on Kondo-like charge fluctuations near local quantum criticality of heavy fermion formulated tJ model subject to a Zeeman term. Similar to frequency to temperature scaling near quantum criticality, we find the magnetic field here effectively introduces a Zeeman energy, reminiscent of an external energy in the quantum critical regime, leading to field to temperature scaling. Our analytically predicted universal field to temperature scaling in isotropic scattering rate and the relation between the linear in temperature and linear in field Planckian coefficients, unifies these two phenomena over an extended doping range, pointing toward a unified quantum-critical origin of Planckian transport in cuprates.

研究の動機と目的

• プランク的輸送の普遍的起源を銅酸塩で探索する動機づけとして、同時に現れるT線形およびB線形抵抗を検討する。
• 局所量子臨界性の近傍でのKondo様チャージゆらぎに基づく共通の微視的機構を提案する。
• Zeeman駆動のB/Tスケーリングを通じて、T線形とB線形散乱を結ぶ普遍的スケーリング枠組みを導出する。
• 最適ドーピング近傍のLSCOにおける磁気輸送データを統一理論モデルで適合させる。
• 量子臨界的視点を通じてDC輸送観測とω/T様スケーリング概念を橋渡しする。

提案手法

• スレーブボゾンt-Jモデルを用いてスピノンとホロンのダイナミクスを記述する、重いフェルミオンに着想を得た枠組みを採用する。
• フェルミオン帯の自己エネルギーにジオマネ効果を組み込み、磁場依存の磁気散乱率を導出する。
• スケーリング関数Φ(x)（x = µBB/kBT）を用いて、T線形およびB線形抵抗率をもたらす普遍的なDC散乱率を得る。
• 具体的な表現を提示する：ρ(B,T)=ρ0(T)+ (kBT/µB) Φ(µBB/kBT) ただし Φ(x)= x γ coth(ζx/2)。
• ω→0において普遍的なT線形プランク率は ℏ/τ ∼ αT kBT/ℏ とし、αT=8/π、αBはスケーリング推論でαTと関係付ける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銃酸塩でT線形とB線形プランク的散乱を同時に生み出す普遍的機構は存在するのか？
• RQ2 局所量子臨界性近傍のジーメン駆動・等方散乱枠組みは磁気抵抗率のB/Tスケーリングを説明できるか？
• RQ3 ドーピングがp ≈ 0.19付近で、T線形とB線形プランク係数αTとαBはどう関連するのか？
• RQ4 Kondo様チャージゆらぎの図式はDC輸送とω/Tスケーリング現象を銅酸塩で統一できるのか？

主な発見

• LSCOを高磁場下で最適ドーピング付近で観測されたB線形プランク散乱率αB ≈ 4/π。
• 同じ材料・ドーピング範囲で零磁場のT線形プランク係数αT ≈ 8/π、αT ≈ 2αB。
• x = µBB/kBT に対する普遍的なB/Tスケーリング関数Φ(x)が磁気抵抗データを温度・磁場の全領域でフィット。
• 拡張ドーペニング範囲でのT線形およびB線形プランク挙動を一様に結ぶ解析的に予測されたスケーリングは、量子臨界起源を示唆。
• LSCO p = 0.19 のデータを、 theor yと整合する c0, c1, γ, ζ 値（例：ζ ≈ 3.06）を得て適合。
• A1T ≈ 2A1B の相関は、T線形とB線形抵抗率の勾配を結びつけ、共通の微視的起源を支持。