[논문 리뷰] Thermo-Electric Study of Fermi Surface Reconstruction in YBa$_2$Cu$_3$O$_y$

J. Chang, Ramzy Daou외 14명|arXiv (Cornell University)|2009. 07. 29.

Physics of Superconductivity and Magnetism인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 YBa₂Cu₃Oᵧ에서 p = 0.12일 때의 피에르 표면 재구성은 다른 컵레이트에서 관찰된 스트립 순서와 유사한 밀도파 메커니즘에 기인한다고 제안한다. H ≥ 30 T인 필드 유도 정상 상태에서 저온에서 큰 음의 셰브 및 티르니스 계수는 작은 전자성 피에르 표면 펌프의 존재를 확인하며, ~50 K에서 S(T)의 부호 변화는 관련 화합물에서 스트립 순서와 관련된 행동과 놀랍게 유사하다.

ABSTRACT

The Seebeck and Nernst coefficients $S$ and $ u$ of the cuprate superconductor YBa$_2$Cu$_3$O$_y$ (YBCO) were measured in a single crystal with doping $p = 0.12$ in magnetic fields up to H = 28 T. Down to T=9 K, $ u$ becomes independent of field by $H \simeq 30$ T, showing that superconducting fluctuations have become negligible. In this field-induced normal state, $S/T$ and $ u/T$ are both large and negative in the $T o 0$ limit, with the magnitude and sign of $S/T$ consistent with the small electron-like Fermi surface pocket detected previously by quantum oscillations and the Hall effect. The change of sign in $S(T)$ at $T \simeq 50$ K is remarkably similar to that observed in La$_{2-x}$Ba$_x$CuO$_4$, La$_{2-x-y}$Nd$_y$Sr$_x$CuO$_4$ and La$_{2-x-y}$Eu$_y$Sr$_x$CuO$_4$, where it is clearly associated with the onset of stripe order. We propose that a similar density-wave mechanism causes the Fermi surface reconstruction in YBCO.

연구 동기 및 목표

• 고자기장에서의 열전 운반을 이용하여 최적 도핑 조건(p = 0.12)에서 YBa₂Cu₃Oᵧ의 피에르 표면 성질을 조사하기 위해.
• 초전도성 변동이 정상 상태 전자 반응을 가리키는지 확인하고, 필드 유도 정상 상태를 분리하기 위해.
• ~50 K에서 관측된 셰브 계수의 부호 변화가 다른 컵레이트에서 관찰된 밀도파 불안정성과 유사한지 테스트하기 위해.
• 이전의 양자 진동 및 홀 효과 데이터에서 나타나는 작은 전자성 피에르 표면 펌프와 열전 계수를 연관지기 위해.

제안 방법

• p = 0.12인 단일 결정 YBCO 시료에서 최대 28 T의 자기장 하에서 셰브(S) 및 티르니스(u) 계수를 측정하였다.
• 초전도성 변동이 소멸하는 필드 영역(H ≥ 30 T)을 식별하여 필드 유도 정상 상태를 정의하였다.
• 저온 영역에서 S/T 및 u/T의 온도 의존성을 분석하여 피에르 표면 기하학을 탐색하였다.
• La₂₋ₓSrₓCuO₄ 및 유사 화합물에서 스트립 순서가 확립된 바와 유사한 행동과 ~50 K에서의 S(T) 부호 변화를 비교하였다.
• S/T의 부호 및 크기를 이용해 실체의 성질과 피에르 표면 기하학을 추론하였으며, 이는 이전의 양자 진동 및 홀 효과 측정과 일치하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 필드 유도 정상 상태에서 YBCO의 피에르 표면 성질은 무엇인가요?
• RQ2 ~50 K에서 관측된 셰브 계수의 부호 변화는 대칭성이 깨진 상태, 예를 들어 밀도파 상태로의 전이를 나타내는가요?
• RQ3 열전 계수 S 및 u는 작은 전자성 피에르 표면 펌프의 존재를 어떻게 반영하는가요?
• RQ4 S(T)의 거동이 스트립 순서가 알려진 다른 컵레이트, 예를 들어 La₂₋ₓSrₓCuO₄와 비교해 볼 때 YBCO에서의 유사성은 어느 정도인가요?
• RQ5 고자기장에서의 열전 측정은 정상 상태 반응을 분리하고 전자적 질서의 징후를 드러내는 데 성공할 수 있는가요?

주요 결과

• H ≥ 30 T일 때 초전도성 변동은 무시할 수 없으며, YBCO에서 필드 유도 정상 상태에 접근할 수 있다.
• 필드 유도 정상 상태에서 저온에서 S/T 및 u/T는 모두 크고 음수이며, 이는 작은 전자성 피에르 표면 펌프와 일치한다.
• S/T의 크기와 부호는 이전의 양자 진동 및 홀 효과 측정과 일치하여 작은 전자 펌프의 존재를 확인한다.
• ~50 K에서 S(T)의 부호 변화가 관측되며, 이는 스트립 순서가 알려진 La₂₋ₓSrₓCuO₄ 및 유사 화합물에서 관찰된 행동과 놀랍게 유사하다.
• 다른 컵레이트들 사이에서 S(T) 거동의 유사성은 공통된 메커니즘—일반적으로 밀도파 상태—이 YBCO에서 피에르 표면 재구성을 이끄는 것으로 나타난다.