[논문 리뷰] Restoration of Fermi Liquid State in CeCoIn5: Evidence for Field-Induced Quantum Critical Point

Johnpierre Paglione, M. A. Tanatar외 8명|arXiv (Cornell University)|2002. 12. 19.

Rare-earth and actinide compounds인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 자성장을 적용함으로써 CeCoIn5에서 비페르미 액체 거동이 억제되고, ρ ∝ T²에 비례하는 전통적인 페르미 액체 상태로 회복됨을 보여준다. T² 계수는 임계 스케일링을 보이며 지수 1.37를 가지며, 초전도 임계장과 동시에 발생하는 필드조절 양자臨계점(H_c2)을 뒷받침하는 증거를 제공한다. 이는 자화율 저항에서 정의된 양성에서 부정성으로의 전이와도 일치한다.

ABSTRACT

The resistivity of the heavy-fermion superconductor CeCoIn5 was measured as a function of temperature, down to 25 mK and in magnetic fields of up to 16 T applied perpendicular to the basal plane. With increasing field, we observe a suppression of the non-Fermi liquid behavior, rho ~ T, and the development of a Fermi liquid state, with its characteristic rho = rho_0 + AT^2 dependence. The field dependence of the T^2 coefficient shows critical behavior with an exponent of 1.37. This is evidence for a field-induced quantum critical point (QCP), occuring at a critical field which coincides, within experimental accuracy, with the superconducting critical field H_c2. We discuss the relation of this field-tuned QCP to a change in the magnetic state, seen as a change in magnetoresistance from positive to negative, at a crossover line that has a common border with the superconducting region below ~ 1 K.

연구 동기 및 목표

• 25 mK까지의 온도에서 중성자성 초전도체 CeCoIn5의 저항도의 필드 및 온도 의존성을 조사한다.
• 자장이 비페르미 액체 거동을 억제함으로써 시스템을 양자임계점으로 조절할 수 있는지 여부를 규명한다.
• 자장 유도 양자임계점과 초전도 전이 H_c2 사이의 관계를 조사한다.
• 양자임계행동과 자화율 저항 전이를 통해 유추되는 자성 상태 변화 사이의 연관성을 탐색한다.

제안 방법

• 기본 평면에 수직으로 작용하는 온도 범위(25 mK까지) 및 자기장(최대 16 T)에서 CeCoIn5의 전기 저항도를 측정한다.
• 저항도의 온도 의존성을 분석하여 페르미 액체 거동(ρ ∝ T)에서의 이탈과 ρ = ρ₀ + AT² 의존성의 발생 여부를 확인한다.
• 저항도 데이터에서 T² 계수 A를 추출하고, 그 자기장 의존성을 연구하여 임계 스케일링을 탐지한다.
• A의 자기장 의존성을 거듭제곱 법칙 A(H) ∝ |H - H_c2|^ν로 피팅하여 임계 지수 ν를 결정한다.
• 저항도의 자기장 의존성을 초전도 임계장 H_c2와 비교하고, 자화율 저항의 부호 변화가 자성 상태 변화의 징후임을 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 자기장 증가가 CeCoIn5에서 비페르미 액체 저항 거동을 억제하여 페르미 액체 특성으로의 복귀를 이끌어내는가?
• RQ2 자기장 조절에 의한 페르미 액체 상태 전이가 양자임계점과 관련이 있으며, T² 계수의 임계 지수는 무엇인가?
• RQ3 자기장 조절 양자임계점은 CeCoIn5에서 초전도 임계장 H_c2와 일치하는가?
• RQ4 양자임계행동은 자화율 저항 전이를 통해 유추되는 자성 상태 변화와 어떻게 관련되어 있는가?

주요 결과

• 비페르미 액체 저항도(ρ ∝ T)는 자기장 증가에 따라 억제되며, ρ = ρ₀ + AT² 의존성의 페르미 액체 상태로 전환된다.
• T² 계수 A는 임계 스케일링을 보이며 임계 지수 ν = 1.37를 가지며, 필드 조절 양자임계점과 일치한다.
• 양자임계행동의 임계장은 실험적 오차 범위 내에서 초전도 임계장 H_c2와 일치한다.
• 자화율 저항에서 정의적에서 부정성으로의 전이선은 약 1 K 이하의 초전도 영역을 둘러싸며, 양자임계점 근처에서 자성 상태 변화를 시사한다.