[論文レビュー] Diamagnetic response in under-doped YBa2Cu3O6.6 in high magnetic fields

Fan Yu, Max Hirschberger+12 more|arXiv (Cornell University)|Feb 28, 2014

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、トルク磁化率測定を用いて、ドーピング不足のYBa2Cu3O6.6において、強い磁場領域（32 T以上）でも常磁性が持続することを示した。これは、22 T付近の特徴（HK）を平均場Hc2(T)転移と解釈する仮説に反する。代わりに、HKは2つのバリオン液体状態間の遷移を示しており、著者らは高場状態を有限運動量ペアリングと電荷周期的変動を有するペア密度波と提案する。

ABSTRACT

Resonant x-ray scattering has shown that the superconducting state in YBa2Cu3Oy competes with a charge-density-wave (CDW) state [1]. The fluctuating signal is enhanced in a magnetic field H [2-4]. Recently, a feature was detected in the thermal conductivity at a field 22 T (called HK here) and interpreted as the low-T limit of a mean-field Hc2(T) curve [5]. Whether the state above HK involves Cooper pairing is currently a major issue in cuprates. Here we show, using torque magnetometry that diamagnetism (hence Cooper pairing) persists above HK, and well beyond 32 T. The feature at HK signals a cross-over between two distinct vortex-liquid states, and is rapidly thermally broadened at finite temperature T (hence not part of a mean-field Hc2(T)). We propose that the state above HK is a pair-density wave with finite-momentum pairing and a charge modulation.

研究の動機と目的

• ドーピング不足のYBa2Cu3O6.6において、22 T付近の特徴（HK）を超えた高磁場領域でもコープペル対が持続するかを特定すること。
• HKを超えた状態の性質を解明すること、特に従来の超伝導ペアリングか、新しいペアリング状態かを特定すること。
• 磁場および温度依存性の常磁性応答を調査し、平均場Hc2(T)挙動と、明確に異なるバリオン液体状態間の遷移を区別すること。
• トルク磁化率測定からの実験的証拠に基づき、高場状態の微視的メカニズムを提案すること。

提案手法

• 32 Tまでの高磁場下で単結晶YBa2Cu3O6.6の磁気応答を測定するためにトルク磁化率測定を実施した。
• 磁場および温度依存性の常磁性信号を分析し、コープペル対の発生および持続を検出した。
• HK特徴の熱的幅が広がっていることから、急峻な平均場転移ではなく、遷移の可能性を排除し、クロスオーバー状況を支持した。
• 従来のHc2(T)挙動と、ペア密度波のような代替状態の理論的期待値とを比較した。
• 急峻な相転移が観測されず、バリオン液体状態の挙動から、有限運動量ペアリングおよび電荷周期的変動の存在を推測した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ドーピング不足のYBa2Cu3O6.6において、22 T付近の特徴（HK）を超えてコープペル対が持続するか？
• RQ2 HK特徴は平均場Hc2(T)転移か、それとも明確に異なる2つのバリオン液体状態間の遷移か？
• RQ3 HKを超えた超伝導状態の性質は何か？ 有限運動量ペアリングを含むか？
• RQ4 HK特徴の熱的幅は、高場状態の微視的構造をどのように示唆するか？
• RQ5 高場状態は、共存する電荷周期的変動を有するペア密度波として記述可能か？

主な発見

• ドーピング不足のYBa2Cu3O6.6において、32 Tを超えて常磁性（コープペル対の印 tracer）が持続しており、超伝導秩序がHK特徴をはるかに超えて続くことを示した。
• 22 TにおけるHK特徴は有限温度で熱的に幅広くなっているため、急峻な平均場Hc2(T)転移ではなく、2つのバリオン液体状態間のクロスオーバーであると結論づけた。
• HKで急峻な相転移が観測されないことは、HKを超えた状態が従来のBCS平均場理論では記述できないことを示唆した。
• 高場状態は、有限運動量ペアリングと電荷周期的変動を有するペア密度波であると提案され、観測された磁気的および熱的応答と整合的である。
• HKを超えた常磁性応答は熱揺らぎによって抑制されないため、非代替的対称性を持つ頑健なペアリング状態であると示唆された。
• 結果は、HKをHc2(T)の低温極限と解釈する仮説に反するものであり、競合する秩序が関与するより複雑な相図を示唆している。