[論文レビュー] Restoration of Fermi Liquid State in CeCoIn5: Evidence for Field-Induced Quantum Critical Point

Johnpierre Paglione, M. A. Tanatar+8 more|arXiv (Cornell University)|Dec 19, 2002

Rare-earth and actinide compounds被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、磁場を印加することでCeCoIn5における非フェルミ液体的挙動が抑制され、ρ ∝ T²に従う従来のフェルミ液体状態に回復することを示している。T²係数は臨界定数のスケーリングを示し、指数が1.37である。これは、超伝導臨界定数と一致する磁場調整型量子臨界定数H_c2に相当する。磁気抵抗の正から負への遷移が観察される。

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.

研究の動機と目的

• 25 mKまで低下する温度領域における重いフェルミオン超伝導体CeCoIn5の抵抗率の磁場および温度依存性を調査すること。
• 磁場が非フェルミ液体的挙動を抑制することで、系が量子臨界定数に近づくかどうかを特定すること。
• 磁場誘起量子臨界定数とH_c2における超伝導転移との関係を検討すること。
• 量子臨界定数挙動と、磁気抵抗の変化から推定される磁気的状態の変化との関連を調査すること。

提案手法

• 基底面に垂直に16 Tまでの広い範囲の磁場と、25 mKまで低下する広い温度範囲でCeCoIn5の電気抵抗率を測定する。
• 抵抗率の温度依存性を分析し、フェルミ液体的挙動（ρ ∝ T）からの逸脱と、ρ = ρ₀ + AT²に従う挙動の出現を特定する。
• 抵抗率データからT²係数Aを抽出し、その磁場依存性を調査することで、臨界定数スケーリングを検出する。
• A(H) ∝ |H - H_c2|^νのべき乗則にフィットさせ、臨界定数指数νを決定する。
• 抵抗率の磁場依存性を超伝導臨界定数H_c2と比較し、磁気抵抗の符号変化が磁気的状態の進化の兆候であると分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 磁場を上昇させることで、CeCoIn5における非フェルミ液体的抵抗率挙動が抑制され、フェルミ液体的特性が回復するか？
• RQ2 磁場によって誘起されるフェルミ液体状態への遷移は量子臨界定数に関連しており、T²係数の臨界定数指数は何か？
• RQ3 磁場調整型量子臨界定数は、CeCoIn5における超伝導臨界定数H_c2と一致するか？
• RQ4 量子臨界定数挙動は、磁気抵抗が正から負に遷移するという兆候として示される磁気的状態の変化とどのように関連しているか？

主な発見

• 非フェルミ液体的抵抗率（ρ ∝ T）が磁場の上昇とともに抑制され、ρ = ρ₀ + AT²に従うフェルミ液体状態に移行する。
• T²係数Aは臨界定数スケーリングを示し、臨界定数指数ν = 1.37である。これは磁場調整型量子臨界定数に一致する。
• 量子臨界定数の臨界定数は、実験的不確かさの範囲で超伝導臨界定数H_c2と一致する。
• 磁気抵抗が正から負に遷移する線は、約1 K未満の超伝導領域の周辺に位置し、量子臨界定数付近で磁気的状態の変化が起こっていることを示唆する。