[논문 리뷰] Hidden Fermi-liquid behavior throughout the phase diagram of the cuprates

N. Barišić, M. K. Chan외 8명|arXiv (Cornell University)|2015. 07. 28.

Physics of Superconductivity and Magnetism인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 코플레이트에서 허위간섭상태 및 전체 상도도에 걸쳐 운반 산란률이 보편적인 2차 온도 의존성을 보이며, 비보편적인 운반 특성에도 불구하고 전통적인 페르미 액체 산란 메커니즘이 존재함을 보여준다. 이는 이상금속 상에서 관측된 T-선형 저항률이 2차 산란률과 T-선형 운반자 밀도의 상호작용으로 인해 발생하며, 라우드 페르미 액체 원리가 유지됨을 시사한다.

ABSTRACT

The superconducting state of the cuprates evolves from an enigmatic strange metal phase that is characterized by a large resistivity with extended linear temperature dependence. At moderate and low carrier doping, there exists an intermediate pseudogap phase with a partially gapped Fermi surface. These unusual properties have motivated proposals to consider unconventional electronic scattering mechanisms and even to abandon the Landau quasiparticle paradigm. We present planar dc-resistivity and Hall-effect measurements for HgBa2CuO4+{\delta} and combine them with prior results for other cuprate compounds to demonstrate that the transport scattering rate is quadratic in temperature across the pseudogap temperature T*, and moreover doping and compound independent. Together with prior evidence for Fermi-liquid charge transport at high doping and at temperatures below T*, this universal behavior implies an underlying conventional scattering mechanism throughout the entire phase diagram. Moreover, this result points to the distinct possibility that the approximately T-linear resistive behavior in the strange-metal phase is simply the result of the combined effects of a quadratic scattering rate and an approximately T-linear carrier density.

연구 동기 및 목표

• 코플레이트에서 이상금속 행동이 고도 및 저온에서 페르미 액체 유사 운반 특성과 어떻게 공존하는지 오랫동안 해결되지 않은 수수께끼를 풀기 위해.
• 허위간섭상태 및 이상금속 상에서의 비보편적인 저항률이 전통적인 산란 메커니즘으로 설명될 수 있는지 테스트하기 위해.
• 운반 산란률이 도핑 농도 및 화합물 조성이 독립적인지 확인하여 보편적인 메커니즘을 밝히기 위해.
• 코플레이트에서 관측된 T-선형 저항률과 준입자 붕괴가 없는 현상 사이의 명백한 갈등을 조율하기 위해.

제안 방법

• HgBa2CuO4+δ (Hg-1201)에서 평면형 직류 저항률 및 홀 효과 측정을 수행하였다.
• 다른 코플레이트 화합물의 이전 결과와 결합하여 보편성을 확립하였다.
• 저항률 및 홀 계수 데이터로부터 운반 산란률의 온도 의존성을 추출하였다.
• 허위간섭상태(T*) 및 이상금속 영역을 포함한 전체 상도도에서 산란률을 분석하였다.
• 산란률의 2차 온도 의존성과 저항률의 선형 온도 의존성 간의 상호작용을 평가하기 위해 비교 분석을 수행하였다.
• 관측된 T-선형 저항률이 2차 산란률과 T-선형 운반자 밀도의 곱으로 설명될 수 있는지 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 코플레이트의 허위간섭상태에서 운반 산란률은 온도에 대해 2차이며 도핑 농도 및 물질 조성이 독립적인가?
• RQ2 이상금속 상에서 관측된 T-선형 저항률은 전통적인 페르미 액체 산란 메커니즘으로 설명될 수 있는가?
• RQ3 전체 상도도 전반에 걸쳐 2차 산란률이 존재한다면, 코플레이트에서 라우드 준입자가 유지됨을 뒷받침하는가?
• RQ4 2차 산란률과 결합했을 때 운반자 밀도가 선형 저항률에 얼마나 기여하는가?

주요 결과

• HgBa2CuO4+δ에서 운반 산란률은 허위간섭상태(T*) 동안 온도에 대해 2차 의존성을 보이며, 코플레이트 전반에 걸쳐 보편성을 확인하였다.
• 산란률은 도핑 농도 및 화합물 조성이 독립적이며, 코플레이트 상도도 전반에 걸쳐 보편적인 기초 메커니즘이 있음을 시사한다.
• 이상금속 상에서 관측된 T-선형 저항률은 2차 산란률과 T-선형 운반자 밀도의 곱으로 정량적으로 설명된다.
• 이 결과들은 모든 도핑 영역에서 전통적인 페르미 액체 산란 메커니즘이 유지됨을 지지하며, 허위간섭상태 및 이상금속 상에서도 적용됨을 시사한다.
• 이러한 발견들은 비록 저항률에서 전통적인 페르미 액체 행동이 관측되지 않더라도, 코플레이트에서 라우드 준입자 원리가 유지됨을 시사한다.