[논문 리뷰] Pseudogap and local pairs in high-Tc cuprate superconductors

A. L. Solovjov, M. A. Tkachenko|arXiv (Cornell University)|2011. 12. 16.

Physics of Superconductivity and Magnetism참고 문헌 1인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 Bi2201 단일 결정에서의 저항률 및 ARPES 데이터를 바탕으로, 고임계도 컵레이트의 허위 갭이 국소 쌍—보즈아인슈타인 응축과 전통적 코플러 쌍 사이의 중간 결합 상태—에서 기인한다고 제안한다. 모델은 스펙트럼 무게 손실의 온도 의존성과 과잉 도전도를 설명하며, 계산된 허위 갭과 ARPES로 측정된 스펙트럼 무게 간 양호한 일치를 보이며, 국소 쌍이 허위 갭 형성의 핵심 메커니즘임을 지지한다.

ABSTRACT

Analysis of the resistivity data recently reported by Kondo et al. [1] for (Bi,Pb)2(Sr,La)2CuO{6-delta} (Bi2201) single-crystals has been performed within our model developed to study pseudogap (PG) in high-Tc superconductors (HTS's). The model is based on an assumption of the existence of local pairs in HTS's at temperatures well above Tc. Comparative analysis of our results and results of ARPES experiments reported by Kondo et al. suggests the local pairs to be one of the possible reason of the PG formation.

연구 동기 및 목표

• 비과도된 고임계도 컵레이트, 특히 Bi2201 단일 결정에서의 허위 갭 기원을 설명하기 위해.
• Tc 이상에서 존재할 수 있는 국소 쌍—중간 결합 보존 페르미온 상태—이 허위 갭 행동을 이끄는 가설을 검증하기 위해.
• 저항률 측정치와 스펙트럼 무게 손실에 대한 ARPES 데이터를 융합하여 국소 쌍 모델을 검증하기 위해.
• 허위 갭, 국소 쌍 형성, 초전도성 변동 간의 관계를 명확히 하기 위해.

제안 방법

• Kondo 등이 보고한 OP35K Bi2201 단일 결정의 저항률 데이터를 분석하여 과잉 도전도 σ′(T)를 추출하였다.
• Tc 이상에서 사전 형성된 보존 쌍(SBB)에서 변동하는 코플러 쌍으로의 전이에 기반한 국소 쌍 모델을 적용하였다.
• ρN(T) = αT + b를 정상 상태에서 외삽하여, σ′(T) = [ρN(T) − ρ(T)] / [ρ(T)ρN(T)] 식을 사용해 과잉 도전도를 계산하였다.
• 실험적 σ′(T)와 일치시키기 위해 Tc = 35 K, T* = 160 K, ξ(0) ≈ 1.5 Å, A4 = 25 등의 매개변수를 사용해 허위 갭 Δ*(T)를 피팅하였다.
• 같은 샘플의 ARPES 측정 스펙트럼 무게 W(EF)(T) 및 스펙트럼 갭 SG(T)와 유도된 Δ*(T)를 비교하였다.
• 국소 쌍 상태와의 상관관계를 검토함으로써, W(EF)(T)의 온도 의존성에 기반한 모델의 일관성을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Bi2201에서의 허위 갭은 Tc 이상에서 국소 쌍 형성에 기인하는가?
• RQ2 스펙트럼 무게 손실 W(EF)(T)의 온도 의존성과 허위 갭 Δ*(T) 사이에 직접적인 상관관계가 있는가?
• RQ3 국소 쌍 모델이 저항률 및 ARPES 데이터를 동시에 설명할 수 있는가?
• RQ4 왜 스펙트럼 갭 SG(T)는 허위 갭 최대값 Tpair와 비교해 낮은 온도로 이동되어 있는가?
• RQ5 국소 쌍 상태와 관련하여 Tpair ≈ 100 K의 물리적 의미는 무엇인가?

주요 결과

• 계산된 허위 갭 Δ*(T)는 ARPES로 측정된 스펙트럼 무게 손실 W(EF)(T)와 양호한 일치를 보이며, 특히 Tmax ≈ 100 K에서 SBB에서 변동하는 코플러 쌍으로의 전이가 일어나는 지점에서 뚜렷하다.
• 2Δ*(Tc)/kB Tc ≈ 4.57의 값은 일반적인 고임계도 초전도체와 일치하여 모델의 물리적 타당성을 뒷받침한다.
• T ≈ 100 K에서 Δ*(T)/Δ*max의 최대값이 Tpair와 일치하며, 이는 SBB에서 변동하는 코플러 쌍으로의 상전이를 나타낸다.
• Tpair 이상에서 스펙트럼 무게 W(EF)(T)는 온도에 대해 선형 의존성을 보이며, 이는 SBB 존재의 결과로 여겨지며, T* 이상에서는 사라진다.
• Tpair 이하에서는 스펙트럼 무게 손실이 변동하는 코플러 쌍 형성과 상관관계가 있으며, 초전도성 변동과 일치한다.
• SG(T)의 절대값(최대 40 meV)과 Δ*(T)의 절대값(최대 16.5 meV) 간의 괴리로 인해 SG와 PG가 직접적으로 관련이 없음을 시사하며, 단순한 동일시는 도전적이다.