Evidence for quantum criticality in high Tc superconductors

Высокотемпературная сверхпроводимость спустя 30 лет после ее открытия остается загадкой. Сейчас внимание сосредоточилось на нормальном (несверхпроводящем) состоянии этих материалов, которое имеет ряд аномальных свойств (т.н. strange metal).

Вчера у нас выступал с докладом Brad Ramshaw из Лос Аламоса. У них там в лаборатории созданы самые сильные магнитные поля на Земле: 100 Тесла. Точнее, большой соленоид создает постоянное магнитное поле на 40 Т, а внутри него сидит соленоид поменьше, через который пропускают кратковременный (около 0.001 сек) импульс тока в несколько десятков килоампер. Маленький соленоид добавляет еще 60 Т. За это время удается измерить сопротивление очень чистого кристалла высокотемпературного сверхпроводника YBaCuO как функцию магнитного поля. Температура около абсолютного нуля (порядка 10 К), но сильное магнитное поле подавляет сверхпроводимость, так что наблюдается ненулевое сопротивление. Более того, сопротивление оказывается осциллирующей функцией магнитного поля, а амплитуда осцилляций уменьшается с ростом температуры. В обычных металлах все точно так же, и следуя этой аналогии можно определить эффективную массу электрона в нормальном состоянии YBaCuO. Ну и еще они работают в underdoped regime и исследуют три разных кристалла YBaCuO, с разными концентрациями дырок.

Вывод такой: эффективная масса электрона быстро увеличивается с увеличением концентрации дырок: в интервале p=0.15-0.19 она увеличивается в 3 раза! Они это интерпретируют как наличие квантового критического перехода при оптимальной концентрации. К сожалению, они не могут изучать кристаллы с оптимальной концентрацией дырок, потому что для перехода в нормальное состояние нужно магнитное поле в 150 Т, а у них только 100 Т. Но все равно очень интересно: хотя о роли квантовых фазовых переходов в высокотемпературной сверхпроводимости только ленивый не говорил, реальных данных до сих пор мало.