[논문 리뷰] Diamagnetic response in under-doped YBa2Cu3O6.6 in high magnetic fields

Fan Yu, Max Hirschberger외 12명|arXiv (Cornell University)|2014. 02. 28.

Physics of Superconductivity and Magnetism인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 토크 자성측정을 통해 과도한 도핑된 YBa2Cu3O6.6에서 32 T 이상에서도 반자성—코플러 쌍성의 지표—이 지속됨을 입증하여, 22 T 특징(HK)을 평균장 Hc2(T) 전이로 해석하는 것을 도전한다. 대신 HK는 두 개의 비틀림 액체 상태 사이의 전이를 나타내며, 저자들은 고자기장 상태를 유한운동량 쌍성과 전하 조절을 가진 쌍밀도파로 제안한다.

ABSTRACT

Resonant x-ray scattering has shown that the superconducting state in YBa2Cu3Oy competes with a charge-density-wave (CDW) state [1]. The fluctuating signal is enhanced in a magnetic field H [2-4]. Recently, a feature was detected in the thermal conductivity at a field 22 T (called HK here) and interpreted as the low-T limit of a mean-field Hc2(T) curve [5]. Whether the state above HK involves Cooper pairing is currently a major issue in cuprates. Here we show, using torque magnetometry that diamagnetism (hence Cooper pairing) persists above HK, and well beyond 32 T. The feature at HK signals a cross-over between two distinct vortex-liquid states, and is rapidly thermally broadened at finite temperature T (hence not part of a mean-field Hc2(T)). We propose that the state above HK is a pair-density wave with finite-momentum pairing and a charge modulation.

연구 동기 및 목표

• 과도한 도핑된 YBa2Cu3O6.6에서 22 T 특징(HK) 이상의 고자기장 영역에서 코플러 쌍성이 지속되는지 확인하는 것.
• HK 이상의 상태의 성격을 규명하며, 특히 전통적인 초전도 쌍성 또는 새로운 쌍성 상태를 포함하는지 여쭤보는 것.
• 비틀림 액체 상태 사이의 전이와 평균장 Hc2(T) 행동을 구별하기 위해 자성 반응의 자기장 및 온도 의존성을 조사하는 것.
• 토르크 자성측정에서의 실험적 증거를 바탕으로 고자기장 상태의 미세한 메커니즘을 제안하는 것.

제안 방법

• 단일 결정 YBa2Cu3O6.6의 자기 반응을 32 T까지의 고자기장에서 토크 자성측정을 통해 측정하였다.
• 코플러 쌍성의 시작과 지속 여부를 감지하기 위해 반자성 신호의 자기장 및 온도 의존성을 분석하였다.
• HK 특징의 열적 넓이를 통해 날카로운 평균장 전이가 아님을 배제하고, 두 비틀림 액체 상태 사이의 전이 시나리오를 지지하였다.
• 기존의 Hc2(T) 행동과 쌍밀도파와 같은 대안 상태에 대한 이론적 기대치와 자기 반응을 비교하였다.
• 날카로운 상전이의 부재와 비틀림 액체 상태의 거동에서 유한운동량 쌍성과 전하 조절의 존재를 추론하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 과도한 도핑된 YBa2Cu3O6.6에서 22 T 특징(HK) 이상에서도 코플러 쌍성이 지속되는가?
• RQ2 HK 특징은 평균장 Hc2(T) 전이인가, 아니면 서로 다른 비틀림 액체 상태 사이의 전이인가?
• RQ3 HK 이상의 초전도 상태의 성격은 무엇이며, 유한운동량 쌍성을 포함하는가?
• RQ4 HK 특징의 열적 넓이는 고자기장 상태의 미세한 구조를 어떻게 밝혀내는가?
• RQ5 고자기장 상태는 공존하는 전하 조절을 가진 쌍밀도파로 기술될 수 있는가?

주요 결과

• 반자성—코플러 쌍성을 나타내며—과도한 도핑된 YBa2Cu3O6.6에서 32 T 이상에서도 지속되며, 초전도 오더가 HK 특징을 훨씬 초월해 계속됨을 보여준다.
• 22 T에서의 HK 특징은 유한온도에서 열적으로 넓어져 있으며, 이는 날카로운 평균장 Hc2(T) 전이를 배제하고 두 비틀림 액체 상태 사이의 전이를 지지한다.
• HK에서 날카로운 상전이가 없음을 고려하면, HK 이상의 상태는 전통적인 BCS 평균장 이론으로 기술될 수 없다.
• 고자기장 상태는 유한운동량 쌍성과 전하 조절을 가진 쌍밀도파로 제안되며, 관측된 자기 및 열 반응과 일치한다.
• HK 이상의 반자성 반응은 열변동에 의해 억제되지 않아, 비전통적 대칭을 가진 견고한 쌍성 상태임을 나타낸다.
• 결과는 HK를 Hc2(T)의 저온한계로 해석하는 것을 도전하며, 경쟁하는 오더를 포함하는 더 복잡한 상도표가 존재함을 시사한다.