銅超導體中的尺度不變磁電阻

2021-01-09 百家號

銅超導體中的尺度不變磁電阻

高溫超導電性直接產生於一種「奇怪」的金屬狀態，這種狀態的特徵是在最高測量溫度下具有線性溫度電阻率。在傳統金屬中，電流是由長壽命的電子準粒子攜帶的，這就要求散射長度不能明顯短於deBroglie波長。相反，銅氧化物在奇怪金屬狀態下的電阻率在推導出的準粒子散射長度可與之相當的溫度下不飽和或出現交叉。電子波長，這種行為有時被稱為「Planckian耗散」，這意味著輸運弛豫速率/t(其中是還原的Planck常數，t是 弛豫時間(弛豫時間)直接受到熱能尺度KBT(其中kB是Boltzmann常數，T是絕對溫度)的限制，而不是受準粒子相互作用和晶格無序的限制。這讓人懷疑在奇怪的金屬狀態下，準粒子的存在。更重要的是，它表示尺度不變的動力學(即缺乏一個內在的能量尺度).在這兩個類中都可以觀察到這種行為。 高Tc超導體？銅和pnictides但是它的微觀起源和超導電性的含義還沒有完全被理解。

尺度不變輸運通常與金屬量子臨界性有關：一個特徵能量尺度被外部參數連續調諧，並在調諧參數時消失。 超過一個臨界值，對於臨界點以下的空穴摻雜，p<0.19，La2-xSrxCuO4中的Hall效應和YBa2Cu3O6d中的量子振蕩提供了證據。 載波口袋，據信與電荷密度波有關。相反，當p>0.19時，tl2Ba2CuO6d中的量子振蕩表示了一個很大的類空穴費米表面。 T帶結構計算，霍爾電阻率，上臨界磁場，準粒子有效質量(20，21，25)以及零回火的測量。 相變線(31-35)的溫度崩潰表明，p=0.19附近有一個量子臨界點。在這種摻雜下，線性溫度電阻率延伸到最低溫度。 因此，人們可能期望在最廣泛的磁場範圍內獲得奇怪金屬狀態下的反常行為。

磁場是研究常規金屬和相關金屬的重要手段，因為它們直接耦合到電荷載流子上。以前對銅酸鹽的研究已經利用了。 磁場作為抑制超導電性的一種方法，通過磁電阻和磁電阻揭示正常基態特性。量子振蕩(16，17，19-21，25，27-29，36-39)。然而，線性內溫電阻率表明金屬狀態與相關的臨界漲落之間存在著強烈的相互作用。 量子臨界點。所缺少的是研究磁場如何影響這些漲落，從而影響金屬的狀態。為此，我們研究了 La2-xSrxCuO4在強磁場中，在臨界摻雜附近的成分範圍內。我們發現了一個對磁場的刻度不變的響應，它與我們所理解的磁場是不同的。 帶電準粒子對常規金屬中洛倫茲力的響應值得注意的是，高場下的線性內場電阻率，以及在高場下的線性內溫電阻率。 溫度，是銅超導體中奇異金屬態的固有特徵。

顯示了薄膜La2-xSrxCuO4樣品在p=0.190(42-47)處的平面內電阻率(R)。 Re電阻率下降到超導轉變溫度Tc=38.6K，表明它與臨界摻雜非常接近。圖1A顯示低於40K的磁電阻為LIN。 在整個正常狀態的磁場範圍內。為了量化這一觀測，我們定義了場斜率b(B，T)=DR(B，T)/dB。我們觀察到，在70T，b(B，T)飽和低於25K。表明線性場內電阻率是奇異金屬態的固有性質。天然e中低溫高場下b的飽和值 能量單位為b/MB=5.2 Mohm·cm/MEV，其中MB為玻爾磁子。這相當於a/kB能量單位的溫度斜率a(T)=DR(T)/dt，為11.8Mohm·cm/MEV。

在常規金屬中，磁電阻起源於在洛倫茲力作用下電子準粒子圍繞費米表面的運動。對於給定的費米曲面Morp 磁阻強度受迴旋頻率的乘積WC=EB/m*(其中m*是準粒子質量)和準粒子弛豫時間t的乘積控制。磁力隨著溫度的升高，常規金屬的姿態一般會下降。這與我們在p=0.190時在LA2-xSrxCuO4中觀察到的情況形成了對比。在80 T和4到2之間 5K時，我們觀察到電阻率增加了近2倍，表明t降低了2倍，而磁阻的強度[DR(T)/dB]在4之間的80 T處卻下降了2倍。 而25K與溫度無關，這表明在很高的磁場下，輸運弛豫率是由磁場通過/t MBB直接設定的。一個我 因此，在La2-xSrxCuO4中，除了傳統的軌道準粒子圖像外，還必須有高場強的磁阻。一個結論是磁場直接影響引起弛豫時間的臨界波動動力學。

溫度斜率a(P)在臨界摻雜之間的平穩演化是另一個跡象，表明在高溫下奇怪的金屬相中缺少定義良好的準粒子， 相對於準粒子的發散，在低溫下，有效質量接近臨界摻雜。b(P)的摻雜演化可能為進一步了解t提供了依據。 在奇怪的金屬狀態下運輸的特徵。在摻雜p=0.161~p=0.1的範圍內，我們測量了La2-xSrxCuO4沿c軸至55T的磁場中的ab面電阻率。在這個摻雜範圍內的所有樣品在高溫下都表現出線性的溫度電阻率b(P)的飽和值，a(P)在自然狀態下顯示。 Gy單位，在此摻雜範圍內，a(P)/kB和b(P)/MB隨摻雜量的增加而單調下降，並以相似的速率演化。b(P)和a(P)接近臨界摻雜的弱摻雜依賴於與臨界摻雜時霍爾係數和有效質量散度的快速增長形成對比。T型 他再次指出，儘管在低溫下[在YBa2Cu3O6d和Tl2Ba2Cu6d]觀察到了量子振蕩，但CuBr中的高場高溫磁電阻仍然存在，Ates有一個非準粒子起源。

眾所周知，在溫度摻雜平面的扇形區域，從臨界點出現的輸運弛豫速率是線性的，在溫度下為/t.kbt 9)我們的結果表明類似的扇形區域存在於磁場摻雜平面，其中弛豫速率為線性內場，/t mbb。這擴展了場、溫度和量子臨界區域。 如圖3所示，摻雜的輸運弛豫率由主導能量標度/t max{kbt，mbb}決定。

這些測量建立了線性磁電阻在很高的場，作為一個基本的性質，奇怪的金屬態在銅。對外部能量尺度的線性依賴是 不是量子臨界點附近尺度不變性的唯一可能結果；原則上，任何冪律依賴都是可能的。因此，值得注意的是，溫度和場的依賴性 La2-xSrxCuO4的電阻率呈現出最簡單的形式。Cuprates和pnictides都表現出這種簡單的尺度不變性，揭示了另一個普遍的特徵 F高溫超導體。

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