Journal of Experimental and Theoretical PhysicsJournal of Experimental and Theoretical Physics0044-45103034-641XRussian Academy of Science10.31857/S0044451023030136Hall Effect in Doped Mott–Hubbard InsulatorЭффект Холла в допированном мотт-хаббардовском диэлектрикеKuchinskiyE. ZКучинскийЭ. З kuchinskiy_e_z_noemail@ras.ruKuleevaN. AКулееваН. А kuleeva_n_a_noemail@ras.ruSadovskiyM. VСадовскийМ. В sadovskiy_m_v_noemail@ras.ruKhomskiyD. IХомскийД. И khomskiy_d_i_noemail@ras.ruИнститут электрофизики Уральского отделения Российской академии наукInstitute for Electrophysics, Ural Branch, Russian Academy of SciencesИнститут электрофизики Уральского отделения Российской академии наукInstitute for Electrophysics, Ural Branch, Russian Academy of SciencesИнститут электрофизики Уральского отделения Российской академии наукInstitute for Electrophysics, Ural Branch, Russian Academy of SciencesUniversita�t zu KoelnII Physikalisches Institut, Universität zu Koeln010320231633417427

We present theoretical analysis of Hall effect in doped Mott–Hubbard insulator, considered as a prototype of cuprate superconductor. We consider the standard Hubbard model within DMFT approximation. As a typical case we consider the partially filled (hole doping) lower Hubbard band. We calculate the doping dependence of both the Hall coefficient and Hall number and determine the value of carrier concentration, where Hall effect changes its sign. We obtain a significant dependence of Hall effect parameters on temperature. Disorder effects are taken into account in a qualitative way. We also perform a comparison of our theoretical results with some known experiments on doping dependence of Hall number in the normal state of YBCO and Nd-LSCO, demonstrating rather satisfactory agreement of theory and experiment. Thus the doping dependence of Hall effect parameters obtained within Hubbard model can be considered as an alternative to a popular model of the quantum critical point.

Проведен теоретический анализ эффекта Холла в допированном моттовском диэлектрике, рассматриваемом в качестве прототипа купратного сверхпроводника. Рассматривается стандартная модель Хаббарда в рамках DMFT-приближения. В качестве типичного рассматривается случай частичного заполнения (дырочное допирование) нижней хаббардовской зоны. Рассчитана зависимость коэффициента Холла и холловского числа от степени дырочного допирования и определено значение критической концентрации носителей, при которой происходит смена знака коэффициента Холла. Получена существенная зависимость параметров эффекта Холла от температуры. Качественно анализируется роль рассеяния на беспорядке. Проведено сравнение теоретических результатов с имеющимися экспериментами по концентрационной зависимости холловского числа в нормальном состоянии YBCO и Nd-LSCO, демонстрирующее вполне удовлетворительное согласие теории и эксперимента. Полученная картина концентрационной зависимости параметров эффекта Холла в рамках модели Хаббарда может быть альтернативой популярной модели квантовой критической точки.

Y. Iye, J.Phys.Chem. Solids 53, 1561 (1992).F. F. Balakirev, J.B. Betts, A. Migliori, I. Tsukada, Y. Ando, and G. S. Boebinger, Phys.Rev. Lett. 101, 017004 (2009).S. Badoux, W. Tabis, F. Laliberte, B. Vignolle, D. Vignolles, J. Beard, D.A. Bonn, W.N. Hardy, R. Liang, N. Doiron-Leyraud, L. Taillefer, and C. Proust, Nature 531, 210 (2016).C. Collignon, S. Badoux, S.A.A. Afshar, B. Michon, F. Laliberte, O. Cyr-Choiniere, J.-S. Zhou, S. Licciardello, S. Wiedmann, N. Doiron-Leyraud, and L. Taillefer, Phys.Rev.B95, 224517 (2017).C. Proust and L. Taillefer, Annu.Rev.Condens. Matter Phys. 10 409 (2019).Th. Pruschke, M. Jarrell, and J.K. Freericks, Adv. Phys. 44, 187 (1995).A. Georges, G. Kotliar, W. Krauth, and M. J. Rozenberg, Rev.Mod.Phys. 68, 13 (1996).D. Vollhardt in: Lectures on the Physics of Strongly Correlated Systems XIV, eds. A. Avella and F. Mancini, AIP Conference Proceed. vol. 1297, AIP, Melville, New York (2010), p. 339; ArXiV: 1004.5069.Э. З. Кучинский, И.А. Некрасов, М.В. Садовский, УФН 182, 345 (2012)Phys.Usp. 55, 325 (2010).G.Rohringer, H.Hafermann, A.Toschi, A.A. Katanin, A.E. Antipov, M. I. Katsnelson, A. I. Lichtenstein, A.N. Rubtsov, and K. Held. Rev.Mod. Phys. 90, 025003 (2018).Э. З. Кучинский, Н.А. Кулеева, Д.И. Хомский, М.В. Садовский, Письма ЖЭТФ 115, 444 (2022)JETP Lett. 115, 402 (2022).R. Bulla, T.A. Costi, and T. Pruschke, Rev.Mod. Phys. 60, 395 (2008).E. Z. Kuchinskii, I.A. Nekrasov, and M.V. Sadovskii, ЖЭТФ 133, 670 (2008)JETP 106, 581 (2008).D. I. Khomskii, Basic Aspects of the Quantum Theory of Solids, Cambridge University Press, NY (2010).M.V. Sadovskii, I.A. Nekrasov, E. Z. Kuchinskii, Th. Pruschke, and V. I. Anisimov, Phys.Rev.B72, 155105 (2005).D. Pelc, P. Popˇcevi'c, M. Poˇzek, M. Greven, and N. Bariˇsi'c, Sci.Adv. 5, eaau4538 (2019).