[논문 리뷰] High Field Studies of Superconducting Fluctuations in High-T_c Cuprates: Evidence for a Small Gap distinct from the Large Pseudogap

F. Rullier-Albenque, H. Alloul외 1명|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|2011. 02. 11.

Physics of Superconductivity and Magnetism인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 고자기장(최대 60 T)을 사용하여 YBa2Cu3O6+x에서 초전도성 변동(스캐터링)을 억제하여, 구멍 도핑이 증가함에 따라 초전도 갭이 증가하고, 허위 갭(T*)이 감소함을 규명하였다. 결과적으로 허위 갭은 초전도성의 전구현이 아니라 별개의 자성 순서에서 기인하며, 최적 도핑 근처에서는 초전도성 변동이 가우시안(아슬라마조프-라린크) 변동에 의해 지배되고, 과도도핑된 샘플에서는 위상 변동에 의해 지배됨을 보여주었다. 데이터는 도핑과 불순물 농도를 포함한 3차원 상도를 구축하여 쿠퍼레이트 물리학에서 오랫동안 애매하게 여겨졌던 문제들을 해결하였다.

ABSTRACT

We have used pulsed magnetic fields up to 60Tesla to suppress the contribution of superconducting fluctuations(SCF)to the conductivity above Tc in a series of YBa2Cu3O6+x from the deep pseudogapped state to slight overdoping. Accurate determinations of the SCF conductivity versus temperature and magnetic field have been achieved. Their joint quantitative analyses with respect to Nernst data allow us to establish that thermal fluctuations following the Ginzburg-Landau(GL) scheme are dominant for nearly optimally doped samples. The deduced coherence length xi(T) is in perfect agreement with a gaussian (Aslamazov-Larkin) contribution for 1.01Tc

연구 동기 및 목표

• 고자기장을 사용하여 고임계 쿠퍼레이트에서 Tc 이상의 초전도성 변동(ScF)의 성격과 범위를 규명하기.
• 오랫동안 놓여진 논쟁인 허위 갭(T*)이 초전도성 쌍성의 전구현인지, 아니면 별개의 현상인지 규명하기.
• 다양한 도핑 수준과 불순물 농도에서 초전도 갭, 허위 갭, 임계 자기장(Hc2, H′) 간의 관계를 정량화하기.
• 도핑과 불순물 농도를 축으로 하여 초전도성 변동을 포함한 3차원 상도를 구축하여 쿠퍼레이트의 이례적인 거동를 설명하기.

제안 방법

• 60 T에 이르는 펄스 자기장을 YBa2Cu3O6+x에 도핑 수준에 따라 적용하여 초전도성 변동을 억제하였다.
• Ab-면 전도도를 측정하여 초전도성 변동 기여도를 분리하고, 변동성 자기전도도의 정량적 분석을 가능하게 하였다.
• 초전도성 변동 데이터와 너르스트 효과 측정 결과를 통합 분석하여 가우시안(아슬라마조프-라린크) 변동과 위상 변동 기여도를 구분하였다.
• 변동 데이터에서 임계 자기장 Hc2(0)와 초전도성 변동 억제 자기장 H′(T)를 추출하였으며, H′(T)는 초전도성 변동의 완전한 억제를 나타내었다.
• 전자 조사로 불순물을 도입하여 초전도성 변동과 위상 변동에 미치는 영향을 조사하였다.
• 도핑과 불순물 농도를 축으로 하여 Tc′, T*, Hc2(0), H′(0)의 실험 데이터를 기반으로 3차원 상도를 구축하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 허위 갭(T*)은 초전도성 쌍성의 전구현인가, 아니면 별개의 전자 순서에서 기인하는가?
• RQ2 과도도핑 및 최적 도핑 쿠퍼레이트에서 Tc 이상의 초전도성 변동(ScF)의 성격은 무엇인가—가우시안인지, 위상 변동이 지배적인가?
• RQ3 구멍 도핑에 따라 임계 자기장 Hc2(0)와 H′(0)는 어떻게 변화하며, 이는 초전도 갭의 성격을 어떻게 드러내는가?
• RQ4 불순물 농도가 초전도성 변동과 관측된 위상 전이의 거동에 얼마나 영향을 미치는가?
• RQ5 도핑, 불순물 농도, 변동 거동를 포함한 통합된 3차원 상도는 다양한 쿠퍼레이트 계열에서 관측된 다양한 현상을 설명할 수 있는가?

주요 결과

• Hc2(0)와 H′(0)로 측정된 초전도 갭은 도핑 증가에 따라 증가하는 반면, T* 허위 갭 온도는 감소함을 확인하여, 이는 초전도 갭과 허위 갭이 별개의 현상임을 직접적으로 뒷받침한다.
• 거의 최적 도핑된 샘플에서는 1.01Tc ≤ T ≤ 1.2Tc 범위에서 가우시안(아슬라마조프-라린크) 변동에 의해 지배되는 고르지 않은 기하학적 이론(Ginzburg-Landau)에 따라 초전도성 변동이 발생한다.
• 가장 과도도핑된 샘플에서는 특히 전자 조사로 불순물을 도입한 경우 위상 변동이 두드러지게 증가한다.
• 억제 자기장 H′(T)와 Hc2(0)는 거의 동일하며, 둘 다 도핑 증가에 따라 증가함을 확인하여, 이는 초전도 갭 크기와 직접적인 연관이 있음을 시사한다.
• 허위 갭(T*)은 초전도성 쌍성과 관련이 없으며, 도핑 증가에 따라 감소하는 반면 초전도 갭은 증가함을 고려할 때 별개의 현상임을 확인하였다.
• 도핑, 불순물 농도, 변동 거동를 포함한 3차원 상도는 다양한 쿠퍼레이트 계열에서 관측된 이례적인 거동을 성공적으로 설명하였으며, 특히 깨끗한 시스템에서 Tc′와 T*가 최적 도핑 근처에서 겹쳐 보이는 현상도 설명할 수 있었다.