[論文レビュー] Pole structure of the electronic self-energy with coexistence of Charge order and Superconductivity

Maxence Grandadam, C. Pépin|arXiv (Cornell University)|Dec 21, 2020

Physics of Superconductivity and Magnetism参考文献 43被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、低ドーピングにおけるハーバード模型のクラスターダイナミカルメトフィールド理論（CDMFT）計算で観測された銅酸化物の電子自己エネルギーにおける異常な極構造が、電荷密度波（CDW）と超伝導（SC）秩序の共存によって生じるとして提唱している。分数化されたペア密度波（PDW）の枠組みを用いて、自己エネルギーを周期的CDW秩序に関連した隠れたフェルミオン的形式で記述することで、数値シミュレーションおよびARPES実験で観測された非対称な極構造とスペクトル特徴、特にTc未満の反ノード領域においても再現された。

ABSTRACT

We compare the pole structure of the electronic Green's function obtained by Cluster Dynamical Mean Field Theory to the results from the fractionalized Pair Density Wave idea. In the superconducting phase, we can consider the system in a state with coexistence of Superconducting and Charge order. Writing the Green's function in a way analogous to the previously proposed "hidden-fermions" model from S. Sakai et al (2016) leads to a similar pole structure for the self-energy. The fractionalization of the Pair Density Wave order also describes the pseudogap phase as a superposition of superconducting and charge order fluctuations. Considering a phenomenological lifetime for the particle-particle and particle-hole pairs leads to an electronic spectral function that matches the numerical results.

研究の動機と目的

• 低ドーピングにおけるハーバード模型のCDMFTシミュレーションで観測された、電子自己エネルギーの特異な極構造を説明すること。
• 擬似ギャップ相と超伝導状態が、共存する電荷秩序と超伝導性を含む共通のメカニズムによって統一可能かどうかを調査すること。
• 周期的粒子対のフラクタルな表現を記述する分数化PDW状態が、数値的および実験的データで観測されたスペクトル特徴を再現できるかどうかを検証すること。
• 隠れたフェルミオンモデルとCDW-SC共存像との間に接続を確立し、隠れたフェルミオンを周期的CDW励起状態として特定すること。
• コープアー対および粒子-空孔対の物理的寿命の導入が、スペクトル関数のCMMFT結果と一致する形で、減衰効果を再現できるかどうかを示すこと。

提案手法

• 低ドーピングにおけるハーバード模型の電子グリーン関数および自己エネルギーを計算するため、2×2クラスタを用いたダイナミカルメトフィールド理論（CDMFT）の拡張を採用する。
• グリーン関数を通常（ΣN）および異常（ΣAN）自己エネルギー成分に分解し、後者を超伝導秩序に関連付ける。
• 電子が周期的CDW秩序に関連した「隠れた」フェルミオンモードに結合する形式と類似した自己エネルギーの定式化を行う。
• CDWおよびSC秩序を、単一の基本的PDW秩序パラメータの揺らぎとして記述する、分数化PDWフレームワークを導入する。
• 粒子対および粒子-空孔対に物理的有限寿命を導入し、減衰効果を模擬し、数値結果におけるスペクトルの広がりを再現する。
• 得られた電子スペクトル関数A(k, ω)をCDMFTデータおよびARPES測定結果と比較し、特にk = (0, π)の反ノード点で検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CDMFTシミュレーションでTc未満に観測された、通常自己エネルギーにおける非対称な極構造は、共存するCDWとSC秩序によって説明可能か？
• RQ2 CDWとSC揺らぎを統合する分数化PDW状態は、擬似ギャップ相および超伝導相で観測されたスペクトル特徴を再現できるか？
• RQ3 隠れたフェルミオンモデルがCDMFT結果をうまく再現できる理由は、抽象的な補助自由度ではなく、背後に潜むCDW秩序に起因するのか？
• RQ4 コープアー対および電荷揺らぎの物理的寿命を導入することで、電子スペクトル関数における減衰および広がりをどの程度再現できるか？
• RQ5 自己エネルギーにおける極の位置と重みは、反ノード領域におけるARPES実験で観測されたスペクトル特徴とどのように関係しているか？

主な発見

• 反ノード点k = (0, π)におけるCDMFTで得られた通常自己エネルギーは、低エネルギーに二つの孤立した極を持ち、正エネルギー極に強く重みが集中する非対称なスペクトル的特徴を示す。
• 異常自己エネルギーは、通常部分と同じ位置に二つの極を持ち、重み分布が反対称であるため、超伝導ペア形成と整合的である。
• 電子スペクトル関数A(k, ω)は三つの明確な特徴を示す：負エネルギーに鋭いピーク、正エネルギーに二つの広がったピークで、CDMFT結果と一致する。
• 周期的CDW秩序と特定される隠れたフェルミオン的形式は、CDMFTで観測された自己エネルギーの極構造、特に反ノード領域で同じ構造を再現する。
• 分数化PDWモデルは、SCとCDWの揺らぎの重ね合わせとして擬似ギャップ相を記述でき、スペクトル関数の波数、エネルギー、温度依存性を再現する。
• 粒子対および粒子-空孔対に物理的寿命を導入することで、減衰したスペクトル関数が得られ、定量的にCDMFT結果およびARPES観測と一致する。