[论文解读] Nearly Singular Magnetic Fluctuations in the Normal State of a High-T_c Cuprate Superconductor

G. Aeppli, T. E. Mason+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 16, 1998

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用 4

一句话总结

本研究利用极化与非极化中子散射，研究了高温超导体La_{1.86}Sr_{0.14}CuO_4在正常态中的磁涨落。结果揭示了近乎奇异的磁涨落，其随温度和能量转移呈现标度行为，表明系统接近量子临界点，涨落幅度随T^{-2}减小，而宽度随k_B T线性增加。

ABSTRACT

Polarized and unpolarized neutron scattering was used to measure the wave vector- and frequency-dependent magnetic fluctuations in the normal state (from the superconducting transition temperature, T_c=35, up to 350 K) of single crystals of La_{1.86}Sr_{0.14}CuO_4. The peaks which dominate the fluctuations have amplitudes that decrease as T^{-2} and widths that increase in proportion to the thermal energy, k_B T (where k_B is Boltzmann's constant), and energy transfer added in quadrature. The nearly singular fluctuations are consistent with a nearby quantum critical point.

研究动机与目标

• 研究高温超导体正常态中磁涨落的性质。
• 确定这些涨落是否表现出量子临界行为的特征。
• 在宽温度范围（35 K 至 350 K）内测量波矢与频率相关的磁响应。
• 评估涨落幅度与宽度随温度和能量转移的标度行为。
• 检验正常态受接近量子临界点的临界涨落影响的假设。

提出的方法

• 在La_{1.86}Sr_{0.14}CuO_4单晶上进行了极化与非极化中子散射实验。
• 测量在T_c = 35 K至350 K的正常态温度范围内进行。
• 从散射数据中提取了波矢与频率相关的磁结构因子。
• 分析了涨落幅度与宽度随温度和能量转移的变化。
• 通过比较幅度抑制（T^{-2}）与宽度展宽（与k_B T成正比）与理论预期，检验了标度行为。
• 在量子临界点情景下解释数据，随着温度降低，涨落变得越来越奇异。

实验结果

研究问题

• RQ1 La_{1.86}Sr_{0.14}CuO_4正常态中的磁涨落是否表现出与量子临界点一致的标度行为？
• RQ2 磁涨落的幅度与宽度如何随温度和能量转移变化？
• RQ3 观察到的涨落是否与临界点附近的近乎奇异响应一致？
• RQ4 热能如何在正常态中展宽涨落宽度？
• RQ5 在无长程序的情况下，数据能否由临界点情景解释？

主要发现

• La_{1.86}Sr_{0.14}CuO_4正常态中的磁涨落表现出近乎奇异行为，峰值幅度随T^{-2}减小。
• 涨落峰的宽度与热能k_B T成正比，并与能量转移的平方和相加。
• 幅度与宽度随温度和能量转移的标度行为与系统接近量子临界点一致。
• 涨落主要出现在对应反铁磁序的波矢处，表明与长程序附近的自旋动力学存在关联。
• 数据未显示长程磁序的证据，但涨落仍强烈且尖锐，表明具有临界类似行为。
• 涨落的近乎奇异特性支持了超导态可能由接近量子临界点的临界自旋涨落驱动的观点。