[论文解读] Universality of linear in temperature and linear in field Planckian scattering rate in high temperature cuprate superconductors

K. Remund, K. V. Nguyen+5 more|arXiv (Cornell University)|Feb 11, 2026

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用 0

一句话总结

论文展示了在欠掺杂的 LSCO 中普适的 Planckian 散射的 B/T 标度，将 T-线性与 B-线性电阻率通过近局部量子临界性中的自旋基础机制联系起来，统一了两种 Planckian 行为。

ABSTRACT

One of the long standing puzzles in strongly correlated materials is the microscopic origin of the quantum critical Planckian strange metal phase with universal linear in temperature scattering rate from which unconventional superconductivity directly emerges by lowering temperatures. Recently, the linear in temperature and linear in field resistivity have been simultaneously observed in high temperature cuprate superconductors, manifested by the universal field to temperature scaling in magnetoresistivity. To date, there has been a lack of coherent and unified understanding of these coexisting linear behaviors and their possible link to quantum criticality. In this work, we establish the universality in linear in temperature and linear in field Planckian behaviors in underdoped LSCO near optimal doping. Experimentally, we observe the linear in field Planckian scattering rate and its relation to its linear in temperature counterpart. Theoretically, we propose a spin based common microscopic mechanism based on Kondo-like charge fluctuations near local quantum criticality of heavy fermion formulated tJ model subject to a Zeeman term. Similar to frequency to temperature scaling near quantum criticality, we find the magnetic field here effectively introduces a Zeeman energy, reminiscent of an external energy in the quantum critical regime, leading to field to temperature scaling. Our analytically predicted universal field to temperature scaling in isotropic scattering rate and the relation between the linear in temperature and linear in field Planckian coefficients, unifies these two phenomena over an extended doping range, pointing toward a unified quantum-critical origin of Planckian transport in cuprates.

研究动机与目标

• 通过考察同时存在的 T-线性和 B-线性电阻率，激发寻找普遍起源于 Planckian 传输的动机。
• 提出基于近局部量子临界性处的类似 Kondo 的电荷涨落的共用微观机制。
• 推导一个普遍标度框架，通过 Zeeman 驱动的 B/T 标度将 T-线性与 B-线性散射联系起来。
• 使用统一理论模型拟合接近最佳掺杂的 LSCO 的磁传输数据。
• 通过量子临界视角，将直流传输观测与 ω/T 类标度概念联系起来。

提出的方法

• 采用受重费雇-灵感的 slave-boson t-J 模型来描述自旋子(spinon)与空泡子(holon)的动力学。
• 通过将 Zeeman 分裂引入费米带的自能，推导出场依赖的磁性散射率。
• 得到一个普遍的直流散射率，通过标度函数 Φ(x) 其中 x = µBB/kBT，在 T 和 B 上获得 T-线性与 B-线性电阻率。
• 给出显式表达式：ρ(B,T)=ρ0(T)+ (kBT/µB) Φ(µBB/kBT) 其中 Φ(x)= x γ coth(ζx/2)。
• 证明在 ω→0 时，普遍的 T-线性 Planckian 速率为 ℏ/τ ∼ αT kBT/ℏ，其中 αT=8/π，并通过标度分析将 αB 与 αT 联系起来。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否存在同时产生铜氧化物中的 T-线性和 B-线性 Planckian 散射的普遍机制？
• RQ2 是否可以用一个靠近局部量子临界性的、各向同性散射框架以及 Zeeman 驱动来解释磁电阻中的 B/T 标度？
• RQ3 在掺杂接近 p ≈ 0.19 时，T-线性与 B-线性 Planckian 系数 αT 与 αB 如何关系？
• RQ4 一种类似 Kondo 的电荷涨落图景是否能将直流传输与 ω/T 标度现象在铜氧化物中统一起来？

主要发现

• 在最佳掺杂附近的高磁场条件下，LSCO 中观测到 B-线性 Planckian 散射率 αB ≈ 4/π。
• 在同一材料与掺杂范围内的零场，T-线性 Planckian 系数 αT ≈ 8/π，且 αT ≈ 2αB。
• 存在一个普遍的 B/T 标度函数 Φ(x) 其中 x = µBB/kBT，可以拟合跨越温度与磁场的磁电阻率数据。
• 解析预测的标度在较宽的掺杂范围内统一将 T-线性与 B-线性 Planckian 行为联系起来，指向量子临界起源。
• 用参数拟合 LSCO p = 0.19 数据，得到与理论一致的 c0, c1, γ, ζ 值（例如 ζ ≈ 3.06）。
• 相关性 A1T ≈ 2A1B 将 T-线性与 B-线性电阻率斜率联系起来，支持共同的微观起源。