[論文レビュー] Edwards-Anderson parameter and local Ising-nematicity in FeSe revealed via NMR spectral broadening

P. Wiecki, Rui Zhou+3 more|arXiv (Cornell University)|Jul 20, 2021

Iron-based superconductors research参考文献 83被引用数 14

ひとこと要約

本研究は、非磁性不純物がランダム場の不規則性として作用することによって駆動される局所的イジングネマチック秩序によって、FeSeにおけるNMR分光線幅の拡大が生じることを確立した。平均場ランダム場イジング模型を用いて、著者らは線幅がエドワーズ＝アンドリューズパラメータによって定量的に記述されることを示し、圧力がネマチック結合を抑制するにもかかわらずNMRとラマン分光法のデータを一致させることに成功した。

ABSTRACT

The NMR spectrum of FeSe shows a dramatic broadening on cooling towards the bulk nematic phase at $T_s=90$ K, due to the formation of a quasi-static, short-range-ordered nematic domain structure. However, a quantitative understanding of the NMR broadening and its relationship to the nematic susceptibility is still lacking. Here, we show that the temperature and pressure dependence of the broadening is in quantitative agreement with the mean-field Edwards-Anderson parameter of an Ising-nematic model in the presence of random-field disorder introduced by non-magnetic impurities. Furthermore, these results reconcile the interpretation of NMR and Raman spectroscopy data in FeSe under pressure.

研究の動機と目的

• 静水圧下におけるFeSeのネマチック揺動に関するNMRとラマン分光法のデータに生じる矛盾を解消すること。
• 不規則なネマチック系において、NMR分光線幅の拡大とエドワーズ＝アンドリューズパラメータとの間の定量的関係を確立すること。
• 圧力に依存しないNMR線幅が、ネマチック揺動の頑健性によるものではなく、不純度強度σが圧力に依存しないことによるものであることを示すこと。
• NMRの圧力に依存しない線幅と、ラマン分光法によるネマチック揺動の急速な抑制という、一見矛盾する観測結果を統合すること。

提案手法

• FeSeにおける局所的ネマチック秩序を、ガウス分布（幅σ）に従って抽出されたサイト依存の歪み場hiを持つランダム場イジング模型としてモデル化する。
• 分光分布の2番目のモーメントからNMR線幅νを導出し、ν² = α²qEA と示し、ここでqEAはエドワーズ＝アンドリューズパラメータである。
• 平均場解析を用いてランダム場イジング模型のqEA(T, σ)を計算し、温度および不規則性依存性を捉える。
• NMR線幅をエドワーズ＝アンドリューズパラメータを通してν = αqEA¹ᐟ²と関係づけ、実験的FWHMデータとの直接比較を可能にする。
• 不純度強度σが圧力に依存しないこと（＝σの圧力不変性）を用いて、Ts(p)の減少にもかかわらずNMR線幅が圧力に依存しない理由を説明する。
• 理論的予測であるqEA(T)を、複数の圧力下での実験的NMR線幅と比較し、定量的整合性を達成する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜFeSeのNMR線幅は、ラマン分光法で観測されるネマチック揺動の抑制と対照的に、静水圧下でも一定のまま保たれるのか？
• RQ2 不規則なネマチック系において、NMR分光線幅の拡大とエドワーズ＝アンドリューズパラメータとの間の定量的関係は何か？
• RQ3 非磁性不純物がランダム場の不規則性として存在する場合、それがFeSeにおける観測されるNMR線幅にどのように影響を与えるか？
• RQ4 平均場ランダム場イジング模型は、FeSeにおけるNMR線幅の温度および圧力依存性を定量的に記述できるか？
• RQ5 NMR線幅が圧力に依存しないことは、ネマチック揺動が頑健であることを示唆するのではなく、不純度強度が圧力に依存しないことの結果であると解釈できるか？

主な発見

• FeSeにおけるNMR分光線幅の拡大は、ランダム場イジング模型のエドワーズ＝アンドリューズパラメータqEAによって定量的に記述され、ν ∝ qEA¹ᐟ² と表される。
• 圧力に依存しないNMR線幅は、ネマチック揺動が頑健であるためではなく、不純度強度σ（ならびにqEA）が圧力に依存しないことによるものである。
• モデルは、すべてのデータがTs(p)でスケーリングされた際に1つの曲線に重なるという、NMR線幅曲線の普遍的圧力崩壊を説明する。
• 観測されたNMR線幅拡大は、圧力下でのネマチック結合の抑制と整合的であり、ラマン分光法のデータとの矛盾を解消する。
• 平均場ランダム場イジング模型は、複数の圧力および温度における実験的NMR線幅と優れた定量的整合性を示す。
• 本研究の結果は、FeSeにおける局所的ネマチック秩序が、内在的な電子不安定性ではなく、非磁性不純物に起因するランダム場の不規則性によって駆動されることを示している。