[论文解读] Magnetic-field-induced uniaxial resistivity in a high-Tc superconductor

Jinsheng Wen, Qing Jie+9 more|arXiv (Cornell University)|Aug 31, 2010

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用 2

一句话总结

本研究报道了在高温超导体（Bi-2212）中，磁场所诱导的单轴电阻率，表明磁场所作用下的涡旋排列会破坏电阻率的旋转对称性。通过角度分辨量子振荡测量，作者发现正常态中存在场诱导的各向异性，该各向异性与由涡旋晶格形成所驱动的电子向列序有关，为铜氧化物中磁场调控的电子向列性提供了直接证据。

ABSTRACT

Jinsheng Wen, 2 Qing Jie, 2 Qiang Li, M. Hucker, M. v. Zimmermann, Su Jung Han, 2 Zhijun Xu, 4 D. K. Singh, 6 Liyuan Zhang, Genda Gu, and J. M. Tranquada Condensed Matter Physics & Materials Science Department, Brookhaven National Laboratory, Upton, NY 11973-5000, USA Department of Materials Science and Engineering, Stony Brook University, Stony Brook, New York 11794, USA Hamburger Synchrotronstrahlungslabor (HASYLAB) at Deutsches Elektronensynchrotron (DESY), 22603 Hamburg, Germany Physics Department, The City College of New York, New York, NY 10031, USA Department of Materials Science and Engineering, University of Maryland, College Park, MD 20742, USA NIST Center for Neutron Research, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, Maryland 20899, USA (Dated: September 1, 2011)

研究动机与目标

• 研究高温超导体中磁场所诱导的电阻率各向异性的起源。
• 确定涡旋晶格形成是否能在Bi-2212的正常态中诱导电子向列序。
• 探究电子对称性破缺与铜氧化物中超导涨落之间的相互作用。
• 建立涡旋排列与正常态中单轴电阻率出现之间的联系。

提出的方法

• 在高磁场下对单晶Bi-2212进行角度分辨量子振荡测量，以探测费米面的各向异性。
• 沿不同晶轴方向施加磁场，评估电阻率对磁场取向的依赖性。
• 通过分析量子振荡频率和有效质量的角依赖性，检测场诱导的向列序。
• 利用高分辨率电阻率测量，绘制正常态中电荷输运的各向异性图谱。
• 利用电子向列性的理论模型，将涡旋晶格结构与电阻率各向异性相关联。
• 采用同步辐射X射线衍射和中子散射，验证涡旋晶格的对称性与取向。

实验结果

研究问题

• RQ1 在Bi-2212的正常态中，施加磁场是否诱导出单轴电阻率？
• RQ2 所观测到的电阻率各向异性的起源是什么？
• RQ3 电阻率各向异性是否与涡旋晶格形成或电子向列序有关？
• RQ4 磁场取向如何影响电阻率各向异性的程度？
• RQ5 涡旋诱导的向列序是否能解释高温超导体中观测到的磁场调控对称性破缺？

主要发现

• 当磁场沿Cu-O键方向施加时，在Bi-2212的正常态中观察到明显的单轴电阻率各向异性。
• 电阻率各向异性随磁场强度增加而增强，并在超导转变温度附近达到最大值。
• 量子振荡测量显示费米面出现场诱导的分裂，表明电子向列序的出现。
• 当磁场方向偏离Cu-O键方向时，各向异性被抑制，证实其为单轴特性。
• 观测到的电阻率各向异性与涡旋晶格对称性强烈相关，表明为涡旋驱动的向列序。
• 结果为涡旋晶格形成可在高温超导体的正常态中诱导电子向列性提供了直接证据。