[论文解读] Pseudogap and local pairs in high-Tc cuprate superconductors

A. L. Solovjov, M. A. Tkachenko|arXiv (Cornell University)|Dec 16, 2011

Physics of Superconductivity and Magnetism参考文献 1被引用 3

一句话总结

本文提出，高温超导铜氧化物中的赝能隙源于局域对——介于玻色-爱因斯坦凝聚与传统库珀对之间的中间束缚态——基于Bi2201单晶的电阻率和角分辨光电子能谱（ARPES）数据。该模型解释了谱权重损失的温度依赖性及超额电导率，计算得到的赝能隙与ARPES测量的谱权重之间表现出良好一致性，支持局域对作为赝能隙形成的关键机制。

ABSTRACT

Analysis of the resistivity data recently reported by Kondo et al. [1] for (Bi,Pb)2(Sr,La)2CuO{6-delta} (Bi2201) single-crystals has been performed within our model developed to study pseudogap (PG) in high-Tc superconductors (HTS's). The model is based on an assumption of the existence of local pairs in HTS's at temperatures well above Tc. Comparative analysis of our results and results of ARPES experiments reported by Kondo et al. suggests the local pairs to be one of the possible reason of the PG formation.

研究动机与目标

• 解释欠掺杂高温超导铜氧化物中赝能隙的起源，特别是Bi2201单晶中的情况。
• 检验局域对（即中间束缚费米子态）在Tc以上存在的假设，并探究其是否驱动赝能隙行为。
• 将电阻率测量结果与ARPES数据中的谱权重损失相协调，以验证局域对模型。
• 阐明赝能隙、局域对形成与超导涨落之间的关系。

提出的方法

• 分析了Kondo等人关于OP35K Bi2201单晶的电阻率数据，以提取超额电导率σ′(T)。
• 应用基于从预形成玻色子对（SBB）向Tc以上涨落库珀对转变的局域对模型。
• 使用公式σ′(T) = [ρN(T) − ρ(T)] / [ρ(T)ρN(T)] 计算超额电导率，其中ρN(T) = αT + b 从正常态外推得到。
• 通过拟合参数Tc = 35 K、T* = 160 K、ξ(0) ≈ 1.5 Å 和 A4 = 25，使计算得到的σ′(T)与实验数据一致，从而确定赝能隙Δ*(T)。
• 将推导出的Δ*(T)与同一组样品的ARPES测量谱权重W(EF)(T)及谱隙SG(T)进行比较。
• 通过检查W(EF)(T)的温度依赖性及其与局域对态的相关性，评估模型的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 Bi2201中的赝能隙是否源于Tc以上局域对的形成？
• RQ2 谱权重损失W(EF)(T)的温度依赖性与赝能隙Δ*(T)之间是否存在直接相关性？
• RQ3 局域对模型能否同时解释电阻率与ARPES数据？
• RQ4 为何谱隙SG(T)的最大值出现在比赝能隙最大值Tpair更低的温度？
• RQ5 Tpair ≈ 100 K这一温度在局域对态中具有何种物理意义？

主要发现

• 计算得到的赝能隙Δ*(T)与ARPES测量的谱权重损失W(EF)(T)表现出良好一致性，特别是在Tmax ≈ 100 K附近，该点标志着从SBB向涨落库珀对的转变。
• 2Δ*(Tc)/kB Tc ≈ 4.57 的值与典型高温超导体一致，验证了该模型的物理合理性。
• Δ*(T)/Δ*max在T ≈ 100 K处达到最大值，与Tpair一致，表明发生了从SBB到涨落库珀对的相变。
• 在Tpair以上，谱权重W(EF)(T)与T呈线性依赖关系，归因于SBB的存在，其在T*以上消失。
• 在Tpair以下，谱权重的损失与涨落库珀对的形成相关，与超导涨落一致。
• SG(T)（最高达40 meV）与Δ*(T)（最大16.5 meV）在绝对值上的差异表明，SG与PG并非直接相关，挑战了二者简单等同的假设。