[论文解读] Fermi surface reconstruction in high-Tc superconductors

Louis Taillefer|PubMed|Jan 15, 2009

Superconducting Materials and Applications被引用 8

一句话总结

本文提出，在欠掺杂的高温超导体中，费米面重构是由条纹序驱动的——条纹序是一种破坏平移对称性的电荷密度波与自旋密度波。量子振荡和低温下负的霍尔系数提供了证据，表明存在一个微小的电子费米面口袋，表明在临界掺杂浓度下，费米面由大空穴费米面转变为重构后的费米面，其输运行为与量子临界点一致。

ABSTRACT

The recent observation of quantum oscillations in underdoped high-T(c) superconductors, combined with their negative Hall coefficient at low temperature, reveals that the Fermi surface of hole-doped cuprates includes a small electron pocket. This strongly suggests that the large hole Fermi surface characteristic of the overdoped regime undergoes a reconstruction caused by the onset of some order which breaks translational symmetry. Here we consider the possibility that this order is 'stripe' order, a form of combined charge/spin modulation observed most clearly in materials like Eu-doped and Nd-doped LSCO (La(2-x)Sr(x)CuO(4)). In these materials, the onset of stripe order coincides with major changes in transport properties, providing strong evidence that stripe order is indeed the cause of Fermi surface reconstruction. We identify the critical doping where this reconstruction occurs and show that the temperature dependence of transport coefficients at that doping is typical of metals at a quantum critical point. We discuss how the pseudogap phase may be a fluctuating precursor of the stripe-ordered phase.

研究动机与目标

• 通过量子振荡测量解释欠掺杂铜氧化物中观测到的微小电子费米面口袋的起源。
• 研究条纹序在重建费米面中的作用，特别是在铕和钕掺杂的LSCO中的表现。
• 确定由于条纹序的出现而引发费米面重构的临界掺杂浓度。
• 研究重构点附近的输运行为，并将其与量子临界现象联系起来。
• 探讨赝能隙相作为条纹序态的涨落前驱态的可能性。

提出的方法

• 分析欠掺杂高温超导体的量子振荡数据，以推断微小电子费米面口袋的存在。
• 利用低温下负的霍尔系数作为电子型载流子和费米面重构的证据。
• 比较铕和钕掺杂的LSCO中的实验观测结果，确认条纹序诱导了费米面重构。
• 通过考察量子振荡和输运异常的出现时机，识别临界掺杂浓度。
• 应用量子临界点理论，描述临界掺杂附近输运系数的温度依赖性。
• 将赝能隙相建模为长程条纹序态之前的涨落态。

实验结果

研究问题

• RQ1 是什么导致了欠掺杂高温超导体中费米面的重构？
• RQ2 条纹序如何导致费米面中形成微小的电子口袋？
• RQ3 费米面重构发生在何种掺杂浓度下，其与输运异常之间有何关联？
• RQ4 重构点附近的输运行为是否与量子临界性一致？
• RQ5 赝能隙相能否被理解为条纹序态的涨落前驱态？

主要发现

• 欠掺杂铜氧化物中的量子振荡证实了微小电子费米面口袋的存在，表明发生了费米面重构。
• 低温下负的霍尔系数支持电子型载流子的存在，与重构后的费米面一致。
• 费米面重构的临界掺杂浓度与铕和钕掺杂的LSCO中条纹序的出现相吻合。
• 临界掺杂附近输运系数表现出量子临界点特征的温度依赖性。
• 赝能隙相被解释为条纹序态的涨落前驱态，且在临界点附近动态条纹涨落占主导地位。
• 条纹序被确认为在空穴掺杂铜氧化物中导致费米面重构的主要机制。