[論文レビュー] Scaling and superconductivity in heavy electron materials

Yi‐feng Yang, David Pines+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 2, 2014

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用数 3

ひとこと要約

本論文では、二流体モデルを用いて、重い電子材料における核スピン格子緩和率 $T_1$ が、量子臨界スピン揺らぎが温度に依存しない固有の緩和率を生じる場合にのみスケーリングを示すことを示している。$T_1$ の重い電子成分およびコher-エンス温度 $T^*$ とのスケーリングは、最適な超伝導転移温度における量子臨界スピン揺らぎの直接的検証を可能にし、超伝導を駆動する要因としてのその役割を支持する。

ABSTRACT

We use the two fluid model to determine the conditions under which the nuclear spin-lattice lattice relaxation rate, $T_1$, of candidate heavy quantum critical superconductors can exhibit scaling behavior and find that it can occur if and only if their hidden quantum critical spin fluctuations give rise to a temperature-independent intrinsic heavy electron spin-lattice relaxation rate. The resulting scaling of $T_1$ with the strength of the heavy electron component and the coherence temperature, $T^*$, provides a simple test for their presence at pressures at which the superconducting transition temperature, $T_c$, is maximum and is proportional to $T^*$. These findings support the previously noted partial scaling of the spin-lattice relaxation rate with $T_c$ in a number of important heavy electron materials and provide additional evidence that in these materials their optimal superconductivity originates in the quantum critical spin fluctuations associated with a nearby phase transition from partially localized to fully itinerant quasiparticles.

研究の動機と目的

• 重い電子材料における $T_1$ 緩和率がスケーリング行動を示す条件を特定すること。
• スケーリングが、隠れた量子臨界スピン揺らぎを診断するためのツールとして機能するかどうかを検証すること。
• 最適 $T_c$ における重フェルミオン超伝導体における $T_1$、$T^*$、$T_c$ 間の関係を調査すること。
• 最適な超伝導性が準粒子局在化転移付近の量子臨界スピン揺らぎに起因するという証拠を提供すること。

提案手法

• 重い電子材料におけるスピン格子緩和率 $T_1$ を記述するための二流体モデルの適用。
• スケーリングの鍵をなす、固有の重い電子寄与を $T_1$ として同定。
• 量子臨界スピン揺らぎ下で、固有の $T_1^{-1}$ が温度に依存しないものと仮定。
• 重い電子成分およびコher-エンス温度 $T^*$ に $T_1$ を結びつけるスケーリング条件の導出。
• スケーリング仮説の整合性を確認するため、観測された $T_c$ と $T^*$ の比例関係の使用。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 重い電子材料におけるスピン格子緩和率 $T_1$ がどのような条件下でスケーリング行動を示すか。
• RQ2 量子臨界スピン揺らぎが生じる場合に、温度に依存しない固有の $T_1^{-1}$ が $T_1$ のスケーリングを可能にするか。
• RQ3 $T^*$ および重い電子成分との $T_1$ のスケーリングは、量子臨界スピン揺らぎの信頼できる指標となるか。
• RQ4 最適ドーピングにおける $T_c$ と $T^*$ の比例関係は、超伝導性における量子臨界スピン揺らぎの役割を支持するか。

主な発見

• スケーリングが成立するのは、固有の重い電子スピン格子緩和率が温度に依存しない場合に限る。
• $T_1$ と重い電子成分および $T^*$ とのスケーリングは、量子臨界スピン揺らぎの直接的な実験的検証を可能にする。
• 最大超伝導転移温度における $T_c$ と $T^*$ の観測された比例関係は、超伝導性の量子臨界的起源を支持する。
• 本研究の結果は、重フェルミオン材料における $T_1$ と $T_c$ 間の部分的なスケーリングが、背後に隠れた量子臨界スピン揺らぎに起因するものであることを説明する。