High-field fluctuation magnetoconductivity and Hall reversal response in the Hg(Re)Ba2Ca2Cu3O8+δ superconductor

Abstract

Systematic experiments of high-field (up to 50 kOe) fluctuation magnetoconductivity and Hall magnetoresistivity in Hg1-x Rex Ba2 CaCu3O8+d (x=0.18) polycrystalline samples growth by means the quartz tube technique are reported. The analysis of the experimental data was performed by using the recognized Kouvel-Fisher method, which is frequently applied to study of critical phenomena. Very close to the critical temperature TC, a genuinely critical regime of fluctuations characterized by the critical exponent λc =0.32±0.01 was identified in absence of magnetic fields. This result is consistent with the full dynamic 3D-XY universality class predicted by the model E of Hohenberg-Halperin with a dynamic critical exponent z = 3/2. The genuine critical regime become be unstable on the application of external magnetic fields H≈0.1 kOe. Near above the critical temperature TC, the determined exponent λG3=0.52±0.02 was interpreted as corresponding to homogeneous fluctuations, which develop in a space with three-dimensional geometry. This region is destroyed upon the application of magnetic fields above 0.5 kOe. Increasing the temperature, evidences of a homogeneous two-dimensional behavior are observed by means the identification of a λG2=1.02±0.04. Applied fields H>20 kOe destroy this fluctuation regime. Far above TC , effects of disorder and planar anisotropy produce a fluctuation spectrum characterized by a fractal topology with a critical exponent λG2-G1=1.32±0.04. At last, very far TC, a temperature region with λG1=1.52±0.04 was experimentally identified. This corresponds to the confinement of the quasi-particles into the Lowest-Landau-Level, due to the quantization of the electronic states around the axe of application of the external field. Measurements of Hall were performed. In the normal phase, the Hall resistivity is hole-like and inversely proportional to the temperature. In the mixed phase and when the applied field is below μ0H = 2 T, the Hall resistivity shows a double sign reversal. For fields above 2 T, the Hall resistivity remains positive, although qualitatively showing the trends observed at low fields. We attribute this behavior to two independent contributions with opposite sign. A negative term due to thermal fluctuations is relevant near TC, whereas a positive contribution related to vortex motion dominates at lower temperatures. Near the zero resistance state, the Hall resistivity varies as a power law of the longitudinal resistivity, with a field independent exponent β=1.41. PACS: 74.40.+k; 74.25.Bt; 74.60.Ec; 74.72.Bk.

En el presente trabajo reportamos experimentos sistemáticos de fluctuaciones en la magnetoconductividad bajo la aplicación de altos campos magnéticos (hasta 50 kOe) y respuesta Hall en muestras policristalinas de Hg1- x Rex Ba2 CaCu3 O8+d (x=0.18) crecidas mediante la técnica del tubo de cuarzo. Los análisis experimentales fueron realizados a través del método de Kouvel-Fisher, el cual es frecuente utilizado en estudios de fenómenos críticos. Muy cerca de la temperatura crítica TC y en ausencia de campo magnético fue identificado un régimen de fluctuaciones genuinamente críticas caracterizado por el exponente λc =0.32±0.01. Este resultado es consistente con el modelo 3D-XY cuya universalidad dinámica es predicha por el modelo E of Hohenberg-Halperin con un exponente crítico dinámico z=3/2. Este régimen se torna inestable bajo la aplicación de campos magnéticos superiores a H≈0.1 kOe. Cerca y arriba de TC, se observe un exponente λG3=0.52±0.02 que fue interpretado como correspondiente a fluctuaciones homogéneas desarrollándose en un espacio de geometría tridimensional. Esta región fue destruida cuando campos magnéticos superiores a H=0.5 kOe fueron aplicados. Al aumentar la temperatura, se evidenció un comportamiento de fluctuaciones homogéneas bidimensionales identificadas mediante el exponente λG2=1.02±0.04. Este régimen desapareció al aplicar campos magnéticos H>20 kOe. Lejos y arriba de TC, los efectos de desorden de anisotropía planar produjeron un espectro de fluctuaciones caracterizados por una topología fractal con un exponente crítico λG2-G1=1.32±0.04. Muy lejos en temperatura y arriba de TC, se identificó un régimen de fluctuaciones con exponente λG1=1.52±0.04, el cual fue interpretado como relativo al confinamiento de cuasipartículas en el nivel más bajo de Landau, debido a la cuantización de estados electrónicos alrededor del eje de aplicación del campo magnético externo. Por otro lado, se efectuaron medidas de respuesta Hall. En la fase normal, la resistividad Hall fue de tipo hueco e inversamente proporcional a la temperatura. En el estado mixto y bajo la aplicación de un campo magnético inferior a 20 kOe la resistividad Hall mostró una doble inversión de signo. Para campos por encima de este valor, la resistividad Hall permaneció positiva pero conservando la misma forma cualitativa observada a bajos campos. Este comportamiento fue atribuido a la existencia de dos contribuciones independientes de signo opuesto: ana negativa debida a fluctuaciones térmicas cerca de TC, y otra positiva debida a movimiento de vórtices que domina a menores temperaturas. Cerca al estado en que la resistividad se anula, la respuesta Hall varía en forma de una función potencial de la respuesta longitudinal, con un exponente independiente del campo aplicado β=1.41. PACS: 74.40.+k; 74.25.Bt; 74.60.Ec; 74.72.Bk