[論文レビュー] Nematic-fluctuation-mediated superconductivity in CuxTiSe2

Xingyu Lv, Yang Fu+6 more|arXiv (Cornell University)|Jan 2, 2026

2D Materials and Applications被引用数 0

ひとこと要約

本論文は Cu を挿入した TiSe2 におけるネマティック揺らぎを elastoresistivity によって示し、Curie-Weiss 温度依存を示し、ネマティック特性温度 T* を CDW 現象の抑制と superconductivity の強化に結びつける。

ABSTRACT

The interplay among electronic nematicity, charge density wave, and superconductivity in correlated electronic systems has induced extensive research interest. Here, we discover the existence of nematic fluctuations in TiSe2 single crystal and investigate its evolution with Cu intercalation. It is observed that the elastoresistivity coefficient mEg exhibits a divergent temperature dependence following a Curie-Weiss law at high temperature. Upon Cu intercalation, the characteristic temperature T* of nematic fluctuation is progressively suppressed and becomes near zero when the superconductivity is optimized. Further intercalation of Cu leads to the sign change of T* and the suppression of superconductivity. These results strongly indicate that nematic phase transition may play a vital role in enhancing superconductivity in CuxTiSe2. Therefore, CuxTiSe2 provides a unique material platform to explore the nematic-fluctuation-mediated superconductivity.

研究の動機と目的

• TiSe2 および Cu_xTiSe2 における電子ネマティック揺らぎの存在と進展を調べる。
• Cu の介入がネマティティ、CDW秩序、超伝導性に与える影響を理解する。
• Cu_xTiSe2 におけるネマティック揺らぎと超伝導性のドーム形成との相関を判断する。

提案手法

• 改良モントゴメリー法を用いた TiSe2 および Cu_xTiSe2 単結晶の elastoresistivity 測定を行う。
• 電子ネマティシティを探るために elastoresistivity を A1g および Eg 対称チャネルに分解する。
• Elastoresistivity から nematic susceptibility を m_Eg によって抽出し、高温挙動を Curie-Weiss 型にフィットする：-m_Eg = λ/[a(T - T*)] + m_Eg^0。
• Cu 含量 x に対してネマティック特徴温度 T* の温度依存を追跡する。
• Cu 含量 x に対して T*, TCDW, Tc の相図を構築する。
• ネマティック揺らぎと CDW 変化を結び付け、構造転移・CDW 転移を参照する。

Figure 1: (a) XRD pattern of a Cu x TiSe 2 single crystal. Inset: crystal structure of Cu x TiSe 2 . The small blue, large red and medium orange balls represent Cu, Ti and Se atoms, respectively. (b) Temperature dependence of $\rho_{xx}(T)$ for different Cu content $x$ . Inset: enlarged view of $\rh

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 TiSe2 は Eg チャネルにおける elastoresistivity からネマティック揺らぎを示すのか。
• RQ2 Cu 介入はネマティック揺らぎ温度 T* と CDW・超伝導性との関係をどう変えるのか。
• RQ3 ネマティック相転移（または揺らぎ）と Tc の向上との間に相関があるのか。
• RQ4 Curie-Weiss 的なネマティック感受性はこれら材料の高温挙動を記述できるのか。

主な発見

• TiSe2 における elastoresistivity は Eg チャネル係数 -m_Eg の温度低下とともに発散様相を示し、CDW 近傍でネマティック揺らぎを示唆する。
• 高温領域の m_Eg(T) は Curie-Weiss 型に従い、TiSe2 ではフィットされた Weiss 温度 T* は約 181.6 K。
• Cu 介入はネマティック揺らぎのピークを低温へ移動させ、振幅を低減させ、最適超伝導性付近（x ≈ 0.08）で T* がほぼゼロ近傍になる。
• 最適ドーピングを超えると（x ≳ 0.1）ネマティック揺らぎは弱まり CDW はさらに抑制され、超伝導は 1.6 K を超えると消失する。
• 相図は T*, TCDW, Tc を Cu 含量 x に対して示し、ネマティック転移・揺らぎが Tc の向上と深く関連していることを示す。

Figure 2: Relative changes in resistivity (a) ( $\Delta\rho/\rho)_{xx}$ and (b) ( $\Delta\rho/\rho)_{yy}$ of TiSe 2 single crystal at various temperatures above $T_{\rm CDW}$ as a function of strain $\epsilon_{xx}$ applied via an attached piezoelectric actuator. Inset of (b) shows a schematic experi