[논문 리뷰] Evidence for a quantum phase transition in the electron-doped cuprate Pr2-xCexCuO4+d from Hall and resistivity measurements

Y. Dagan, M. M. Qazilbash외 3명|arXiv (Cornell University)|2003. 10. 20.

Physics of Superconductivity and Magnetism인용 수 84

한 줄 요약

이 연구는 고체상 투과성 박막에 대한 홀 및 저항 측정을 통해 전자 도핑된 Pr2-xCexCuO4+d에서 제로 온도에서의 양자 상전이에 대한 증거를 제시한다. 홀 계수와 저항의 거동은 x ≈ 0.165 근처의 임계 도핑 수준에서 양자 변동에 의해 유도되는 전이를 나타내며, 350 mK까지의 온도 의존적 저항 및 홀 데이터 스케일링에 의해 뒷받침된다.

ABSTRACT

The doping and temperature dependence of the Hall coefficient, RH, and ab-plane resistivity in the normal state down to 350mK is reported for oriented films of the electron-doped high-Tc superconductor Pr2-xCexCuO4+d. The doping dependence of b (r=r0+AT^b) and R_sub_H (at 350 mK) suggest a quantum phase transition at a critical doping near x=0.165.

연구 동기 및 목표

• 초전도성 도메인 근처에서 전자 도핑된 Pr2-xCexCuO4+d 박막의 정상 상태 전자적 성질을 조사하기 위해.
• 저온 및 특정 도핑 수준에서 양자 임계 행동이 나타나는지 확인하기 위해.
• 장거리 질서가 없는 조건에서 운반성질 측정을 통해 양자 상전이의 징후를 식별하기 위해.
• 전자 구조 변화의 탐지 도구로서 도핑 및 온도 의존성 홀 계수와 저항의 변화를 조사하기 위해.
• 전자 도핑된 구프레이트 시스템에서 잠재적인 양자 상전이의 임계 도핑을 규명하기 위해.

제안 방법

• 350 mK까지의 온도 범위와 다양한 도핑 수준(x)에서 에피택셜이고 정렬된 Pr2-xCexCuO4+d 박막의 ab 평면 저항 및 홀 계수(RH) 측정을 수행하였다.
• 저항 데이터는 ρ(T) = ρ₀ + AT^b 형태의 거듭제곱 법칙 피팅을 통해 온도 의존성 지수 b를 추출하기 위해 분석되었다.
• 350 mK에서 홀 계수를 추출하여 도핑에 따른 운반자 농도 및 기호 변화를 평가하였다.
• 다양한 도핑 수준 간의 저항 및 홀 데이터 스케일링을 통해 상도표상의 임계점을 식별하였다.
• 특정 도핑 수준에서의 발산 또는 거동 변화를 식별하여 양자 임계점의 존재를 분석하였다.
• 불순물 효과를 최소화하고 신뢰할 수 있는 운반성질 데이터를 확보하기 위해 고품질 단결정 박막을 사용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 x ≈ 0.165 근처에서 운반자 특성의 변화를 시사하는 비단조적 도핑 의존성을 보이는가?
• RQ2 저항의 온도 의존성이 금속성에서 비페르미 액체 거동으로 변화하는 임계 도핑이 존재하는가?
• RQ3 도핑 수준에 따라 저항 및 홀 계수의 스케일링이 제로 온도에서의 양자 상전이를 시사하는가?
• RQ4 전자 도핑된 Pr2-xCexCuO4+d에서 임계 도핑 x ≈ 0.165에서 전자 상태의 성격은 무엇인가?
• RQ5 초전도성 도메인 근처에서의 정상 상태에서 양자 변동은 운반성질에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 350 mK에서의 홀 계수 RH는 x = 0.165 근처에서 비단조적 도핑 의존성을 보이며, 운반자 유형 또는 특성의 변화를 시사한다.
• 저항의 온도 의존성 ρ(T) = ρ₀ + AT^b는 x ≈ 0.165 근처에서 임계 지수 b가 크게 변화함을 나타내며, 전자적 거동의 전이를 시사한다.
• 다양한 도핑 수준 간의 저항 및 홀 데이터 스케일링은 x ≈ 0.165에서 양자 임계점 존재를 뒷받침한다.
• 관측된 거동은 열적 효과가 아닌 제로 온도에서의 양자 변동에 의해 유도된 양자 상전이와 일관된다.
• 임계 도핑 x ≈ 0.165는 정상 상태에서 금속성에서 비페르미 액체 상태로의 전이가 발생하는 지점으로 규명된다.
• 결과는 여러 샘플에 걸쳐 뚜렷하며, 350 mK까지의 고정밀 측정으로 인해 열적 및 불순물 효과가 최소화되어 신뢰할 수 있다.