[論文レビュー] Phonon-Induced Emergent Charge Order in Cuprates

Saikat Banerjee, W. A. Atkinson+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 4, 2019

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、不協和カップレートの電荷密度波（CDW）が、臨界的に軟化しつつあるB1g結合歪み格子振動モード（phonon）との結合を通じて発生することを提案している。このモードの波数依存性のある結合は、非整数比の軸方向波数に電子の感受性を特異的に増幅する。強い電子相関が準粒子重みと分散関係を再規格化し、格子不安定性が欠陥や不純物によって引き起こされた際、特定の波数で局所的CDW形成を可能にする唯一の感受性ピークを生じる。

ABSTRACT

Charge-density modulations are inevitably accompanied by a distortion of the crystalline lattice. Electronic or phononic origins of charge order are therefore difficult to distinguish. Here we propose a mechanism which traces the charge-density wave formation in underdoped cuprates to the incipient softening of a bond-buckling phonon. The momentum dependence of its coupling to the electrons in the copper oxygen planes favourably selects the incommensurate and axial ordering wavevector. But, it requires strong electronic correlations via their cuprate specific renormalization of the weight and the dispersion of quasiparticles to enable a unique enhancement of the susceptibility near the $B_{1g}$-phonon selected wavevector. The frequency of the $B_{1g}$ phonon softens by a few percent, and a lattice instability with concomitant finite range charge-density wave correlations will form locally, if nucleated by materials' defects or dopant disorder.

研究の動機と目的

• カップレートにおける電荷秩序の起源が電子的か格子的かを長年にわたり解き明かす。
• 非整数比の電荷密度波（CDW）形成を駆動できる特定の格子振動モード（B1g結合歪み）を同定する。
• カップレートにおける強い電子相関が、格子振動モードによって選択された波数で感受性をどのように特異的に増幅するかを示す。
• 欠陥やドーピング不純物に起因する格子不安定性によって引き起こされる有限範囲のCDW相関の出現を説明する。

提案手法

• CuO2面内の電子とB1g格子振動モードの結合をモデル化し、その波数依存性の結合強度に注目する。
• 強い電子相関を組み込むために、再規格化された準粒子像を用い、準粒子重みと分散関係を調整する。
• 格子振動モードの結合を含む状態での電子感受性を計算し、波数依存性の増幅を特定する。
• B1g格子振動モードの結合が選択する波数が、波数依存性により感受性を最大にする点を同定する。
• 数パーセントの格子振動モードの軟化を介して格子不安定性の発生をシミュレートし、局所的CDW形成を検証する。
• 欠陥やドーピング不純物が有限範囲のCDW秩序の核となる役割を果たすメカニズムを分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 B1g格子振動モードは、不協和カップレートにおける非整数比の電荷密度波の形成を駆動できるか？
• RQ2 強い電子相関は、格子振動モードによって選択された波数で感受性をどのように増幅するか？
• RQ3 なぜCDW形成において軸方向の非整数比波数が他の波数よりも優先されるのか？
• RQ4 格子歪みと格子振動モードの軟化は、局所的CDW秩序の形成にどのような役割を果たすか？
• RQ5 欠陥やドーピング不純物は、有限範囲のCDW相関の形成をどのように誘発するか？

主な発見

• B1g格子振動モードは数パーセントの軟化を示し、即近い格子不安定性を示唆する。
• B1g格子振動モードの波数依存性結合が、非整数比の軸方向波数で電子感受性を特異的に増幅する。
• カップレートにおける強い電子相関が、格子振動モードによって選択された波数での感受性の特異的増幅に不可欠である。
• 格子不安定性が欠陥やドーピング不純物によって核化された際、有限範囲の電荷密度波相関が局所的に形成される。
• このメカニズムは、純粋な電子的不安定性を仮定せず、不協和カップレートで観測される非整数比かつ軸方向のCDW秩序の性質を説明できる。