[论文解读] High Field Studies of Superconducting Fluctuations in High-T_c Cuprates: Evidence for a Small Gap distinct from the Large Pseudogap

F. Rullier-Albenque, H. Alloul+1 more|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|Feb 11, 2011

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用 9

一句话总结

本研究利用高达60 T的强磁场抑制YBa2Cu3O6+x中的超导涨落（SCF），揭示出随着空穴掺杂增加，超导能隙（SC gap）增大，而赝能隙（T*）减小。结果表明，赝能隙并非超导配对的前驱体，而是源于一种独立的磁序，其中SCF在最佳掺杂附近由高斯（Aslamazov-Larkin）涨落主导，在欠掺杂样品中则由相位涨落主导。数据构建了一个包含掺杂与无序的三维相图，解决了铜氧化物物理学中长期存在的歧义。

ABSTRACT

We have used pulsed magnetic fields up to 60Tesla to suppress the contribution of superconducting fluctuations(SCF)to the conductivity above Tc in a series of YBa2Cu3O6+x from the deep pseudogapped state to slight overdoping. Accurate determinations of the SCF conductivity versus temperature and magnetic field have been achieved. Their joint quantitative analyses with respect to Nernst data allow us to establish that thermal fluctuations following the Ginzburg-Landau(GL) scheme are dominant for nearly optimally doped samples. The deduced coherence length xi(T) is in perfect agreement with a gaussian (Aslamazov-Larkin) contribution for 1.01Tc

研究动机与目标

• 利用高磁场确定高温超导体中Tc以上超导涨落（SCF）的性质与范围。
• 解决关于赝能隙（T*）是否为超导配对前驱体的长期争议。
• 量化在不同掺杂与无序水平下，超导能隙、赝能隙与临界场（Hc2, H′）之间的关系。
• 构建一个包含掺杂、无序与超导涨落行为的三维相图，以解释铜氧化物中异常行为。

提出的方法

• 在YBa2Cu3O6+x中施加高达60 T的脉冲磁场，以抑制不同空穴掺杂水平下的SCF。
• 通过测量ab面电导率，分离出SCF贡献，从而实现对涨落磁电导率的定量分析。
• 联合分析SCF数据与Nernst效应测量结果，以区分高斯（Aslamazov-Larkin）涨落与相位涨落的贡献。
• 从涨落数据中提取临界场Hc2(0)与抑制场H′(T)，其中H′(T)表示SCF被完全抑制的边界。
• 通过电子辐照引入无序，以研究其对SCF与相变行为的影响。
• 基于Tc′、T*、Hc2(0)与H′(0)的实验数据，构建一个以掺杂与无序为坐标的三维相图。

实验结果

研究问题

• RQ1 赝能隙（T*）是超导配对的前驱体，还是源于一种独立的电子序？
• RQ2 在欠掺杂与最佳掺杂的铜氧化物中，Tc以上超导涨落（SCF）的本质是什么——是高斯涨落主导，还是相位涨落主导？
• RQ3 临界场Hc2(0)与H′(0)如何随空穴掺杂演化？它们揭示了关于超导能隙的何种信息？
• RQ4 无序在多大程度上改变SCF的行为与观测到的相变行为？
• RQ5 能否通过一个统一的三维相图（包含掺杂、无序与涨落行为）来解释铜氧化物家族中多样化的实验观测？

主要发现

• 通过Hc2(0)与H′(0)探测到的超导能隙随空穴掺杂增加而增大，这与赝能隙温度T*的减小形成直接对比。
• 在接近最佳掺杂的样品中，SCF遵循Ginzburg-Landau理论，其在1.01Tc ≤ T ≤ 1.2Tc范围内由高斯（Aslamazov-Larkin）涨落主导。
• 在最欠掺杂的样品中，相位涨落变得显著，尤其在通过电子辐照引入无序后更为明显。
• 抑制场H′(T)与Hc2(0)几乎相等，且均随空穴掺杂增加而增大，表明二者与超导能隙大小存在直接关联。
• 赝能隙（T*）与超导配对无关，因其随掺杂增加而减小，而超导能隙却在增大，证实其为一种独立现象。
• 一个包含掺杂、无序与涨落行为的三维相图，成功解释了各类铜氧化物家族中观测到的异常行为，包括在清洁体系中Tc′与T*在最佳掺杂附近出现的表观重叠。