[논문 리뷰] Critical nematic fluctuations at the onset of the pseudogap phase in the cuprate superconductor Bi$_2$Sr$_2$CaCu$_2$O$_{8+\delta}$

N. Auvray, S. Benhabib외 9명|arXiv (Cornell University)|2019. 02. 09.

Physics of Superconductivity and Magnetism인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 Bi2Sr2CaCu2O8+δ에서 허구의 간극 종점 근처에서 대칭 해상도 전자 라만 산란을 통해 증가한 니ematic 불안정성의 존재를 규명하여, 임계적인 니ematic 양자 임계점의 징후를 제시한다. 그러나 도핑 의존성은 전통적인 양자 임계 행동과 다름을 보이며, 전자 밴드 구조의 van Hove 특이점과의 강한 결합을 시사한다.

ABSTRACT

Establishing the presence and the nature of a quantum critical point in their phase diagram is a central enigma of the high-temperature superconducting cuprates. It could explain their pseudogap and strange metal phases, and ultimately their high superconducting temperatures. Yet, while solid evidences exist in several unconventional superconductors of ubiquitous critical fluctuations associated to a quantum critical point, in the cuprates they remain undetected until now. Here using symmetry-resolved electronic Raman scattering in the cuprate Bi$_2$Sr$_2$CaCu$_2$O$_{8+\delta}$, we report the observation of enhanced electronic nematic fluctuations near the endpoint of the pseudogap phase. While our data hint at the possible presence of an incipient nematic quantum critical point, the doping dependence of the nematic fluctuations deviates significantly from a canonical quantum critical scenario. The observed nematic instability rather appears to be tied to the presence of a van Hove singularity in the band structure.

연구 동기 및 목표

• cup레이트 초전도체 Bi2Sr2CaCu2O8+δ에서 양자 임계 불안정성의 존재와 성격을 조사하는 것.
• 허구의 간극 상전이 종점 근처의 니ematic 불안정성이 양자 임계점의 존재를 시사하는지 확인하는 것.
• 고온 초전도체에서 전자 니ematic성과 전자 밴드 구조의 특이점 간의 관계를 조사하는 것.
• cup레이트에서 관측된 불안정성과 전통적인 양자 임계 스케일링 간의 괴리점을 해결하는 것.

제안 방법

• 모멘텀 및 대칭 해상도로 전자 불안정성을 탐사하기 위해 대칭 해상도 전자 라만 산란을 활용하였다.
• 회전 대칭성이 깨진 불안정성과 관련된 것을 탐지하기 위해 니ematic 채널에 집중하였다.
• 허구의 간극 상전이 경계 근처에서 니ematic 반응의 도핑 의존성을 분석하였다.
• 관측된 불안정성 행동을 양자 임계 스케일링의 이론적 기대와 비교하였다.
• 밴드 구조 내의 van Hove 특이점이 관측된 불안정성의 주요 원인일 가능성에 대해 평가하였다.
• 온도 및 도핑 의존성 라만 스펙트럼을 사용하여 니ematic 불안정성의 강도와 진화를 추출하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Bi2Sr2CaCu2O8+δ에서 허구의 간극 상전이 종점 근처의 니ematic 불안정성이 양자 임계점의 존재를 시사하는가?
• RQ2 니ematic 불안정성의 도핑 의존성은 전통적인 양자 임계 행동과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 관측된 니ematic 불안정성은 전자 밴드 구조, 특히 van Hove 특이점에 얼마나 영향을 받는가?
• RQ4 관측된 양자 임계 스케일링에서의 이탈은 임계성 대신 밴드 구조 효과에 의해 설명될 수 있는가?
• RQ5 전자 상호작용은 허구의 간극 영역 근처의 니ematic 불안정성을 어떻게 매개하는가?

주요 결과

• Bi2Sr2CaCu2O8+δ에서 허구의 간극 상전이 종점 근처에서 증가한 니ematic 불안정성이 관측되어 잠재적인 초기형 니ematic 양자 임계점의 징후로 나타났다.
• 니ematic 불안정성의 도핑 의존성이 전통적인 양자 임계 스케일링과 상당히 다름을 보이며, 전통적인 양자 임계점 존재의 의심을 제기한다.
• 관측된 니ematic 불안정성은 전자 밴드 구조 내의 van Hove 특이점 존재와 강하게 연관되어 있다.
• 자료는 양자 임계성보다는 van Hove 특이점이 관측된 니ematic 불안정성의 주요 원인일 수 있음을 시사한다.
• 대칭 해상도 라만 산란은 니ematic 불안정성이 전자 상호작용과 밴드 구조 효과가 최대가 되는 허구의 간극 경계 근처에서 가장 두드러지게 나타남을 드러냈다.
• 결과는 cup레이트 상전이도 모델에 밴드 구조 효과, 특히 van Hove 점 근처의 효과를 통합해야 니ematic 불안정성을 설명할 수 있음을 암시한다.