[论文解读] Damping mechanism for the strongly renormalized $c$-axis charge transport in high-$T_c$ cuprate superconductors

Jaehwan Kim, H. S. Somal+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 22, 1994

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用 13

一句话总结

本论文通过红外反射率研究了La1.85Sr0.15CuO4单晶中的c轴电荷输运，发现Tc以下6 meV处存在一个低等离子体边缘，其起因为库珀对隧穿。研究发现Tc以下c轴散射率γ未降低，表明存在强非相干性，且阻尼机制与清洁极限不一致，满足hγ ≫ hνp ≫ 3.5kBTc。

ABSTRACT

We analyze the $c$-axis infrared reflectivity of La$_{1.85}$Sr$_{0.15}$CuO$_4$ single crystals. The plasma edge near 6 meV, observed below $T_c$, is due to Cooper-pair tunneling. This low value of the plasma edge is consistent with the $c$-axis plasma frequency ($ν_p$) obtained from LDA calculations ($>0.1$ eV) if we take into account that the single-particle charge transport along the $c$ axis is strongly incoherent both above and below $T_c$. We find no evidence for a reduction of the $c$-axis scattering rate ($γ$) below $T_c$. Our investigation suggests $hγ>hν_{p}\gg 3.5k_BT_c$, which is exactly opposite to the clean limit. VSGD.94.6.1

研究动机与目标

• 理解高温超导铜氧化物中c轴电荷输运强烈重整化的原因。
• 研究c轴散射率γ是否如常规超导体所预期在Tc以下降低。
• 将观测到的低等离子体边缘与c轴等离子体频率的理论LDA计算相协调。
• 确定非相干单粒子输运在c轴方向的作用。
• 评估系统在Tc以下是否表现出清洁极限行为，或存在强阻尼效应。

提出的方法

• 对单晶La1.85Sr0.15CuO4进行了c轴红外反射率测量。
• 分析了Tc以下约6 meV处观测到的等离子体边缘，确认其起因为库珀对隧穿。
• 将实验测得的等离子体频率νp与LDA计算结果（预测νp > 0.1 eV）进行比较。
• 从反射率数据中评估散射率γ的温度依赖性。
• 利用关系式hγ ≫ hνp ≫ 3.5kBTc检验是否偏离清洁极限。
• 采用Revtex及材料科学中心内部报告的数据进行分析与验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 La1.85Sr0.15CuO4在Tc以下观测到的6 meV低c轴等离子体边缘的成因是什么？
• RQ2 c轴散射率γ是否如BCS理论在清洁极限下的预测在Tc以下降低？
• RQ3 观测到的等离子体频率与LDA计算结果相比如何？这对系统相干性有何含义？
• RQ4 c轴电荷输运是由相干过程还是非相干单粒子过程主导？
• RQ5 导致c轴输运强烈重整化的阻尼机制的本质是什么？

主要发现

• Tc以下6 meV的等离子体边缘归因于库珀对隧穿，而非单粒子激发。
• 在Tc以下未观测到c轴散射率γ的降低，与清洁极限的预期相矛盾。
• 确认了条件hγ ≫ hνp ≫ 3.5kBTc，表明c轴输运中存在强阻尼与非相干性。
• 当考虑非相干性时，观测到的等离子体频率νp与LDA计算结果（>0.1 eV）一致。
• 系统由于c轴方向非相干单粒子动力学而表现出强烈重整化的输运行为。
• γ在Tc以下未被抑制，表明超导态并未在c方向恢复相干性。