[论文解读] Hidden Fermi-liquid behavior throughout the phase diagram of the cuprates

N. Barišić, M. K. Chan+8 more|arXiv (Cornell University)|Jul 28, 2015

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用 5

一句话总结

该论文表明，铜氧化物在赝能隙相及整个相图中均表现出输运散射率的普遍二次温度依赖性，尽管输运行为具有非常规特性，但仍表明存在传统的费米液体散射机制。这表明在异常金属相中观测到的T线性电阻率源于二次散射率与T线性载流子密度的相互作用，从而在相图中保持了兰道准粒子理论的框架。

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.

研究动机与目标

• 解决长期以来关于铜氧化物中异常金属行为如何与高掺杂和低温下的费米液体类输运共存的谜题。
• 检验赝能隙相和异常金属相中非常规电阻率是否可由传统散射机制解释。
• 确定输运散射率是否与掺杂浓度和化合物无关，表明存在普遍机制。
• 调和T线性电阻率与准粒子未破坏之间的表观矛盾。

提出的方法

• 在HgBa2CuO4+δ（Hg-1201）上进行了平面dc电阻率和霍尔效应测量。
• 将Hg-1201的数据与以往其他铜氧化物化合物的结果相结合，以确立普遍性。
• 从电阻率和霍尔系数数据中提取了输运散射率的温度依赖性。
• 在包括赝能隙相（T*）和异常金属区在内的整个相图中分析了散射率。
• 比较了散射率的二次T依赖性与电阻率的线性T依赖性，以评估其相互作用。
• 分析检验了观测到的T线性电阻率是否可由二次散射率与T线性载流子密度的乘积解释。

实验结果

研究问题

• RQ1 铜氧化物赝能隙相中的输运散射率是否在温度上呈二次依赖，且与掺杂浓度和材料组成无关？
• RQ2 在异常金属相中观测到的T线性电阻率是否可由传统的费米液体散射机制解释？
• RQ3 在整个相图中均存在的二次散射率是否支持兰道准粒子在铜氧化物中的持续存在？
• RQ4 当与二次散射率结合时，载流子密度在多大程度上贡献于线性电阻率？

主要发现

• HgBa2CuO4+δ中的输运散射率在赝能隙相（T*）内表现出二次温度依赖性，证实了铜氧化物中普遍存在的特性。
• 散射率与掺杂浓度和化合物无关，表明在整个铜氧化物相图中存在普遍的内在机制。
• 在异常金属相中观测到的T线性电阻率可由二次散射率与T线性载流子密度的乘积定量解释。
• 这些结果支持在所有掺杂区域（包括赝能隙相和异常金属相）中存在传统的费米液体散射机制。
• 研究结果表明，即使在电阻率中未表现出传统费米液体行为的情况下，兰道准粒子理论在铜氧化物中依然有效。