擬似ギャップ

凝縮系物理学において、擬ギャップとは、物質のフェルミ面が部分的なエネルギーギャップを持つ状態、例えばフェルミ面が特定の点のみでギャップを持つバンド構造状態を指します。 ^[1]

擬ギャップという用語は、 1968年にネビル・モットによって造られ、フェルミ準位N ( E _F )における状態密度の最小値、つまり同じ原子内の電子間のクーロン反発、無秩序な物質のバンドギャップ、またはこれらの組み合わせによって生じるものを指す。^[2]

現代の文脈では、擬ギャップは高温超伝導の分野からの用語であり、関連する状態が非常に少ないエネルギー範囲（通常はフェルミレベル付近）を指します。これは、許容される状態を含まないエネルギー範囲である真の「ギャップ」と非常によく似ています。このようなギャップは、たとえば、電子が格子と相互作用するときに開きます。擬ギャップ現象は、銅酸化物高温超伝導体に共通する状態図の領域で観察され、超伝導転移温度を超える温度でアンダードープされた試料に存在します。

このギャップを「見る」ことができるのは特定の電子だけです。絶縁状態に関連するはずのこのギャップは、銅と酸素の結合に平行に移動する電子に対してのみ存在します。^[3]この結合に対して 45° で移動する電子は、結晶全体を自由に移動できます。したがって、フェルミ面はブリルアンゾーンの角を中心としたポケットを形成するフェルミアークで構成されています。擬似ギャップ段階では、温度が下がるにつれてこれらのアークは徐々に消え、ブリルアンゾーンの対角線上の 4 つの点だけがギャップのない状態になります。

一方では、これは利用可能な状態を消費し、ペアになって超伝導になるのはほんのわずかしか残らない、まったく新しい電子相を示している可能性があります。他方では、この部分的なギャップと超伝導状態のギャップの類似性は、擬似ギャップが事前に形成されたクーパー対から生じていることを示している可能性があります。

最近では、 TiN、^[4]、 NbN、^[5]、または粒状アルミニウム^[6]などの強く無秩序な従来の超伝導体でも擬ギャップ状態が報告されています。

擬ギャップは、いくつかの異なる実験方法で確認できます。最初の観察の1つは、H. AlloulらによるYBa ₂ Cu ₃ O _{6+ x}^{のNMR測定でした。 [7]}およびLoramらによる比熱測定で測定されました。 ^[8]擬ギャップは、材料内の電子の 状態密度を測定できるARPES（角度分解光電子分光法）およびSTM（走査トンネル顕微鏡）データ でも明らかです。

擬似ギャップの起源は議論の余地があり、凝縮系コミュニティではまだ議論が続いています。2 つの主な解釈が浮上しています。

1. 予め形成された対のシナリオこのシナリオでは、電子は超伝導が現れる臨界温度T _cよりはるかに高い 温度 T* で対を形成します。T c_が約 80 K である ドーピング不足の銅酸化物では、約 300 K のT*値が測定されています。

T*では超伝導は現れない。なぜなら、この温度では対合場の大きな位相変動が整列できないからである。^[9] 擬ギャップは対合場の非コヒーレントな変動によって生成される。^[10]擬ギャップは、局所的で動的な対合相関による超伝導ギャップの通常状態の先駆体である。^[11]この観点は、比熱実験に対する引力対合モデルの定量的アプローチによって裏付けられている。^[12]

2. 超伝導に関連しない擬ギャップのシナリオこのクラスのシナリオでは、電子ストライプの形成、反強磁性秩序、または超伝導と競合する他の異常な秩序パラメータ など、さまざまな起源が提唱されています。

• 高温超伝導体の擬ギャップ：実験的調査（レビュー記事）（1999）
• 位相揺らぎと擬ギャップ現象
• 非超伝導材料における擬ギャップ
• 高温超伝導における謎の擬ギャップ、赤外線画像 (2003)
• 擬似ギャップ: 高 Tc の味方か敵か? (レビュー) (2005)
• 高転移温度銅酸化物超伝導体のエネルギーギャップ（レビュー）（2014）
• ARPES 実験による擬ギャップ: 銅酸化物における 3 つのギャップとトポロジカル超伝導 (レビュー) (2015)