Физика Низких Температур: Том 48, Выпуск 1 (Январь 2022), c. 79-86    ( к оглавлению , назад )

Pseudogap state and unusual metallic conductivity in high-Tc cuprate superconductors

S. Dzhumanov1, Sh. R. Malikov1, and Sh. S. Djumanov1,2

1Institute of Nuclear Physics, Uzbek Academy of Sciences, Ulugbek 100214, Tashkent, Uzbekistan
2Tashkent State Technical University Named after Islam Karimov, 100095, Tashkent, Uzbekistan
E-mail: dzhumanov@inp.uz
malikov@inp.uz
djumanov@inp.uz

Received May 21, 2021, revised June 22, 2021, published online November 25, 2021

Abstract

The BCS-like pairing of polaronic carriers in underdoped and optimally doped high- Tc cuprates above the superconducting transition temperature Tc is considered. Such a BCS-like pairing correlation leads to the formation of bosonic Cooper pairs and the appearance of a pseudogap on the Fermi surface at a characteristic temperature T* > Tc. It is shown that the calculated doping dependence of the BCS-like pseudogap agrees quite well with the experimentally observed doping dependence of the pseudogap in La2–xSrxCuO4 (where x is the doping level). The mechanisms of the unusual metallic transports of different types of charge carriers above and below T* along the CuO2 layers (i.e., ab planes) in high- Tc cuprates are identified. The conductivity of the three types of charge carriers (large polarons, excited Fermi components of bosonic Cooper pairs, and bosonic Cooper pairs themselves) at their scattering by lattice vibrations is considered. It is established that the linear temperature dependence of the in-plane resistivity ρab(T) observed, as a rule, in underdoped and optimally doped cuprates above T* is associated with the scattering of polaronic carriers by acoustic and optical phonons. Theoretical results compared with the experimental data allow to confirm that the different (upward and downward) deviations from the linearity in ρab(T) below T* and the most interesting resistive transitions [i.e., a clear jump and a sharp drop in ρab(T)] at T*=T are caused by the pseudogap effect on the conductivity of the excited Fermi components of bosonic Cooper pairs and by the excessive conductivity of bosonic Cooper pairs in high- Tc cuprates above Tc.

Анотація

Розглянуто БКШ-подібне спарювання поляронних носіїв вище температури надпровідного переходу Tc у недолегованих та оптимально легованих купратних високотемпературних надпровідниках (ВТНП), що приводить до утворення бозонних куперівських пар та появи псевдощілини на поверхні Фермі при характеристичній температурі T* > Tc. Показано, що теоретично розрахована крива залежності БКШ-подібної псевдощілини від рівня легування x досить добре узгоджу ється з експериментальними даними щодо вивчення залежності псевдощілини від x в La2–xSrxCuO4. З’ясовано механізми незвичайних металічних провідностей вище та нижче T* вздовж шарів CuO2 (ab-площини) у цих ВТНП системах. Розглядаються провідності трьох типів носіїв струму (великих поляронів, збуджених фермі-компонентів бозонних куперівських пар та самих бозонних куперівських пар) при їх розсіюванні на акустичних і оптичних коливаннях гратки в нормальному стані ВТНП купратів. Встановлено, що лінійна температурна залежність питомого опору ρab(T) оптимально легованих ВТСП купратів вище T* пов’язана з процесами розсіювання поляронних носіїв на акустичних і оптичних фононах. Теоретичні результати, порівняні з експериментальними даними, дозволяють стверджувати, що різні тенденції відхилення ( ) ab Tρ від лінійного закону вгору та вниз нижче *T та найцікавіші резистивні переходи (тобто явний стрибок і різкий спад) у ρab(T) при T*=T пов’язані з конкуруючими ефектами псевдощілини та надмірною провідністю некоге рентних бозонних куперівських пар у нормальному стані ВТНП купратів.

Key words: high- Tc cuprate superconductors, polarons, BCS-like pairing above Tc , bosonic Cooper pairs, unusual metallic transports, different resistive anomalies.