[论文解读] Precursor Pairing Correlations and Pseudogaps

Mohit Randeria|arXiv (Cornell University)|Oct 21, 1997

Synthesis and properties of polymers参考文献 1被引用 14

一句话总结

本文主张，欠掺杂铜氧化物中的赝能隙源于Tc以上温度的局域动态单重态配对关联，而非长程相位相干。通过研究载流子密度低、成对尺寸小的模型体系，表明这些预形成的成对态会抑制自旋和电荷响应中的低能谱重，从而解释实验异常现象（如自旋能隙和异常光学电导率），而无需引入d波超导以外的新基态。

ABSTRACT

I begin by briefly reviewing various experimental results on the pseudogap phenomena in underdoped cuprates. I argue that, taken together, all of these lead to a picture of singlet pairing above $T_c$. I then explore the idea that the pseudogap is a normal state precursor of the superconducting gap due to local, dynamic pairing correlations in a state without long range phase coherence. Early work on simple model systems which exhibit pseudogap anomalies in the normal state of 2D superconductors in a low density, small pair size regime is reviewed and critically re-examined in view of more recent developments. I also describe recent studies of how the underlying d-wave superconducting ground state affects the anisotropy of the pseudogap and the destruction of the Fermi surface.

研究动机与目标

• 解释欠掺杂铜氧化物中赝能隙的起源，作为超导的前驱体，而非一种新的量子相。
• 通过正常态中的动态配对关联，调和实验异常现象（如自旋和电荷谱重抑制）。
• 研究d波超导序如何影响费米面重构及赝能隙各向异性的机制。
• 阐明低载流子密度和小成对尺寸在二维超导体中产生赝能隙行为的作用。
• 识别Tc以上预形成成对态的实验特征，包括输运性质和集体响应函数中的表现。

提出的方法

• 分析来自NMR、角分辨光电子能谱（ARPES）、光学电导率、隧道效应和热力学的实验数据，以识别Tc以上温度的谱重抑制现象。
• 回顾载流子密度低、成对尺寸小的简单模型体系，以模拟二维超导体中的赝能隙现象。
• 利用自旋和电荷响应函数（χ(T)，1/T1T，σab(ω)，σc(ω)）探测自旋和电荷通道中的谱重抑制。
• 比较面内（ab）和c轴输运行为，表明c轴电导率缺乏低频Drude峰，这是由于成对态隧道的指数抑制所致。
• 应用光学电导率的求和规则，表明谱重向高频转移，且在ω=0附近无明显积累。
• 考虑配对关联与费米面重构之间的相互作用，包括赝能隙区中不连续费米弧的存在。

实验结果

研究问题

• RQ1 欠掺杂铜氧化物中赝能隙的起源是什么？它是否反映了Tc以上温度的预形成库珀对？
• RQ2 为何自旋和电荷响应在Tc以上均表现出低频谱重抑制？它们在低能行为上如何不同？
• RQ3 d波超导基态如何影响赝能隙的各向异性和结构？
• RQ4 为何c轴输运中虽有面内Drude型峰，却无低能电荷激发？
• RQ5 Tc以上准粒子相干性的破坏是否可由预形成成对态的散射解释？其在输运中的特征表现为何？

主要发现

• 赝能隙被解释为由于无长程相位相干的局域动态单重态配对关联，在正常态中作为超导能隙的前驱体。
• NMR数据表明自旋磁化率强烈依赖温度，且65Cu的1/T1T呈现非单调行为，在150 K以下下降，表明自旋激发中赝能隙的形成。
• 面内光学电导率σab(ω)在Tc以上低于500 cm⁻¹的频段表现出谱重抑制，其温度依赖性与17O的1/T1T一致，表明二者具有相同的谱重抑制起源。
• c轴光学电导率σc(ω)无低频Drude峰，且直接追踪自旋磁化率，表明c轴输运探测的是ab面激发谱中的赝能隙。
• 尽管在低频无谱重积累，光学求和规则仍满足，表明谱重向高频转移，但未观察到明显峰。
• c轴输运中无低能电荷激发，归因于非相干成对态隧道的指数抑制，导致单粒子过程占主导，从而引起随温度降低而上升的电阻率。