[論文レビュー] Reemergeing electronic nematicity in heavily hole-doped Fe-based superconductors

J. Li, Dan Zhao+9 more|arXiv (Cornell University)|Nov 15, 2016

Iron-based superconductors researchMaterials Science参考文献 24被引用数 16

ひとこと要約

本研究では、核磁気共鳴（NMR）測定を用いて、ヘビーホールドーピングされた鉄系超伝導体、特にCsFe2As2において、電子ネマティック秩序の再発現を示した。異方的四極子幅拡大が局所的回転対称性の破れを示しており、モット絶縁相と電子ネマティック秩序の直接的な関連を確立した。これにより、高温超伝導体におけるネマティック秩序の普遍的メカニズムを支持するものとなった。

ABSTRACT

In correlated electrons system, quantum melting of electronic crystalline phase often gives rise to many novel electronic phases. In cuprates superconductors, melting the Mott insulating phase with carrier doping leads to a quantum version of liquid crystal phase, the electronic nematicity, which breaks the rotational symmetry and exhibits a tight twist with high-temperature superconductivity. Recently, the electronic nematicity has also been observed in Fe-based superconductors. However, whether it shares a similar scenario with its cuprates counterpart is still elusive. Here, by measuring nuclear magnetic resonance in CsFe2As2, a prototypical Fe-based superconductor perceived to have evolved from a Mott insulating phase at 3d5 configuration, we report anisotropic quadruple broadening effect as a direct result of local rotational symmetry breaking. For the first time, clear connection between the Mott insulating phase and the electronic nematicity can be established and generalized to the Fe-based superconductors. This finding would promote a universal understanding on electronic nematicity and its relation with high-temperature superconductivity.

研究の動機と目的

• 強い電子相関が支配する系における鉄系超伝導体の電子ネマティック秩序の起源を解明すること。
• 鉄系超伝導体における電子ネマティック秩序が、銅酸化物系と同様にモット絶縁相の量子的融解に起因するのかを特定すること。
• ヘビーホールドーピング系において、モット絶縁状態とネマティック秩序の出現との直接的な実験的関連を確立すること。
• 特に高温超伝導体に関連して、相関電子系における電子ネマティック秩序の普遍性を検討すること。

提案手法

• 3d5配置を有する代表的鉄系超伝導体であるCsFe2As2に対して、核磁気共鳴（NMR）測定を実施した。
• 局所的電子的対称性の破れを調べるため、57Fe NMRスピンの四極子幅拡大に注目した。
• Feサイトにおける回転対称性の破れを検出するために、異方的四極子幅拡大を分析した。
• ホールドーピングがモット絶縁相の親相からネマティック状態へと系を駆動する文脈でデータを解釈した。
• 相関系における量子相転移の理論的予測と照らし合わせて、観測されたネマティック応答を分析した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ヘビーホールドーピングされた鉄系超伝導体、例えばCsFe2As2において、電子ネマティック秩序が再発現するか？
• RQ2 モット絶縁相と鉄系系における電子ネマティック秩序の出現との間に、直接的な実験的関連が存在するか？
• RQ3 鉄系超伝導体におけるネマティック秩序が、銅酸化物系と同様に、モット絶縁体の量子的融解に起因するメカニズムによって生じるのか？
• RQ4 ホールドーピングされたFeAs基超伝導体のNMRスピンにおいて、局所的電子的対称性の破れはどのように現れるか？

主な発見

• CsFe2As2の57Fe NMRスピンにおける異方的四極子幅拡大は、局所的回転対称性の破れを直接示しており、電子ネマティック秩序を示唆する。
• ネマティック秩序がヘビーホールドーピング領域において再発現しており、ドーピングに伴うネマティック秩序の非単調的進化を示している。
• 観測されたネマティック秩序は、親モット絶縁相と直接関連しており、相関電子系における普遍的起源を示唆している。
• 結果は、鉄系超伝導体における電子ネマティック秩序が、銅酸化物系と同様にモット絶縁体の量子的融解に起因するというシナリオを支持している。