[论文解读] Ultrasonic signatures at the superconducting and the pseudogap phase boundaries in YBCO cuprates

Arkady Shekhter, A. Migliori+8 more|arXiv (Cornell University)|Aug 28, 2012

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用 2

一句话总结

本文提供了证据，表明在YBCO铜氧化物中，赝能隙是一个在超导穹顶内于零温处终止的相变线所包围的独立相。通过超声测量，作者证明了量子临界性驱动了异常金属行为和超导性，解决了关于赝能隙本质的长期争议。

ABSTRACT

Close to optimal doping, the copper oxide superconductors show 'strange metal' behavior, suggestive of strong fluctuations associated with a quantum critical point. Such a critical point requires a line of classical phase transitions terminating at zero temperature near optimal doping inside the superconducting 'dome'. The underdoped region of the temperature-doping phase diagram from which superconductivity emerges is referred to as the 'pseudogap' because evidence exists for partial gapping of the conduction electrons, but so far there is no compelling thermodynamic evidence as to whether the pseudogap is a distinct phase or a continuous evolution of physical properties on cooling. Here we report that the pseudogap in YBCO cuprate superconductors is a distinct phase, bounded by a line of phase transitions. The doping dependence of this line is such that it terminates at zero temperature inside the superconducting dome. From this we conclude that quantum criticality drives the strange metallic behavior and therefore superconductivity in the cuprates.

研究动机与目标

• 确定YBCO铜氧化物中的赝能隙是否为一个独立相，或仅为电子性质的连续演化。
• 研究在超导穹顶内是否存在一条在零温处终止的相变线。
• 确立量子临界性是否为近最佳掺杂区域观察到的异常金属行为的根源。
• 利用超声测量解决关于赝能隙热力学本质的长期模糊性。

提出的方法

• 在不同掺杂水平和温度下的YBCO单晶上进行了超声测量。
• 分析聚焦于超声速度和衰减的变化，作为电子和晶格动力学的探针。
• 绘制了超声信号的掺杂依赖性，以识别相变的异常信号。
• 从零温处的量子临界点附近的涨落角度解释数据。
• 从超声异常的掺杂演化中提取赝能隙相边界的行为。

实验结果

研究问题

• RQ1 YBCO中的赝能隙是否为一个具有明确定义相边界的独立相？
• RQ2 赝能隙相边界是否在超导穹顶内于零温处终止？
• RQ3 在欠掺杂铜氧化物中观察到的异常金属行为是否由量子临界性驱动？
• RQ4 超声测量能否探测到赝能隙区的量子临界涨落信号？

主要发现

• YBCO中的赝能隙是一个由在超导穹顶内于零温处终止的相变线所包围的独立相。
• 超声信号揭示了与零温处量子临界点一致的掺杂依赖性异常。
• 相边界在零温处的终止支持了欠掺杂区存在量子临界性的结论。
• 观察到的异常金属行为与该量子临界点直接关联，解释了其在铜氧化物中的起源。