[논문 리뷰] Edwards-Anderson parameter and local Ising-nematicity in FeSe revealed via NMR spectral broadening

P. Wiecki, Rui Zhou외 3명|arXiv (Cornell University)|2021. 07. 20.

Iron-based superconductors research참고 문헌 83인용 수 14

한 줄 요약

이 연구는 비자화 불순자가 무작위장 장애수를 일으키는 비자화 불순자를 통해 국소 이징-나치스 주기성이 FeSe의 NMR 스펙트럼 브로드닝 원인임을 규명한다. 평균장 무작위장 이징 모형을 사용하여 저자들은 브로드닝이 에드워즈-애너드 파라미터로 정량적으로 기술됨을 보여주며, 압력이 나치스 결합을 억제함에도 불구하고 NMR 및 라만 스펙트럼 데이터를 조율함으로써 압력에 따른 NMR 피크 너비의 변화를 설명한다.

ABSTRACT

The NMR spectrum of FeSe shows a dramatic broadening on cooling towards the bulk nematic phase at $T_s=90$ K, due to the formation of a quasi-static, short-range-ordered nematic domain structure. However, a quantitative understanding of the NMR broadening and its relationship to the nematic susceptibility is still lacking. Here, we show that the temperature and pressure dependence of the broadening is in quantitative agreement with the mean-field Edwards-Anderson parameter of an Ising-nematic model in the presence of random-field disorder introduced by non-magnetic impurities. Furthermore, these results reconcile the interpretation of NMR and Raman spectroscopy data in FeSe under pressure.

연구 동기 및 목표

• 수압 조건에서 FeSe의 나치스 플럭츄에이션에 대한 NMR와 라만 분광법 데이터 간의 모순을 해결하기 위해.
• 불순물이 존재하는 나치스 시스템에서 NMR 스펙트럼 브로드닝과 에드워즈-애너드 파라미터 사이의 정량적 연관성을 확립하기 위해.
• 압력에 따라 변하지 않는 NMR 피크 너비가 나치스 플럭츄에이션의 강건성 때문이 아니라, 불순물의 강도(σ)가 압력에 따라 변하지 않기 때문임을 보여주기 위해.
• NMR의 압력에 민감하지 않은 피크 너비와 라만 분광법에서 관측된 나치스 플럭츄에이션의 급격한 감소 사이의 명백한 모순을 조율하기 위해.

제안 방법

• FeSe에서 국소 나치스 주기를 무작위장 이징 모형으로 모델링하며, 각 서브그리드에 대해 평균값이 0인 가우시안 분포를 따르는 변형장 hi를 도입한다. 이 분포의 너비가 σ이다.
• 스펙트럼 분포의 두 번째 모멘트로부터 NMR 피크 너비 ν를 유도하며, ν² = α²qEA로 표현되며 여기서 qEA는 에드워즈-애너드 파라미터이다.
• 무작위장 이징 모형의 평균장 분석을 수행하여 qEA(T, σ)를 계산함으로써 온도 및 불순물 강도의 의존성을 기술한다.
• NMR 피크 너비를 에드워즈-애너드 파라미터에 의해 ν = αqEA¹ᐟ²로 연결함으로써 실험적 FWHM 데이터와 직접 비교할 수 있도록 한다.
• 불순물 강도 σ가 압력에 따라 변하지 않음을 이용하여, Ts(p)가 감소함에도 불구하고 NMR 피크 너비가 압력에 따라 변하지 않는 이유를 설명한다.
• 이론적 예측인 qEA(T)를 다양한 압력 조건에서의 실험적 NMR 피크 너비와 비교하여 정량적 일치를 달성한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 왜 라만 분광법에서 관측된 나치스 플럭츄에이션의 감소에도 불구하고, FeSe의 NMR 피크 너비는 수압 조건에서 일정하게 유지되는가?
• RQ2 불순물이 존재하는 나치스 시스템에서 NMR 스펙트럼 브로드닝과 에드워즈-애너드 파라미터 사이의 정량적 관계는 무엇인가?
• RQ3 비자화 불순자가 무작위장 장애수로 작용할 경우, FeSe에서 관측된 NMR 피크 너비에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 평균장 무작위장 이징 모형은 FeSe에서 NMR 브로드닝의 온도 및 압력 의존성을 정량적으로 기술할 수 있는가?
• RQ5 NMR 피크 너비가 압력에 따라 일정한 것은 나치스 플럭츄에이션의 강건성 때문인가, 아니면 불순물 강도가 압력에 따라 일정하기 때문인가?

주요 결과

• FeSe의 NMR 스펙트럼 브로드닝은 무작위장 이징 모형의 에드워즈-애너드 파라미터 qEA로 정량적으로 기술되며, ν ∝ qEA¹ᐟ²로 표현된다.
• 압력에 따라 변하지 않는 NMR 피크 너비는 나치스 플럭츄에이션의 강건성 때문이 아니라, 불순물 강도 σ(즉, qEA)가 압력에 따라 변하지 않기 때문이다.
• 이 모형은 NMR 피크 너비 곡선의 압력에 따른 유니버설 콜라프스를 설명하며, Ts(p)로 스케일링한 모든 데이터가 하나의 곡선에 수렴한다.
• 관측된 NMR 브로드닝은 압력에 따른 나치스 결합의 억제와 일치하며, 라만 분광법 데이터와의 갈등을 해결한다.
• 평균장 무작위장 이징 모형은 다양한 압력 및 온도 조건에서 실험적 NMR 피크 너비와 뛰어난 정량적 일치를 보인다.
• 결과는 FeSe의 국소 나치스 주기가 내재된 전자적 불안정성 때문이 아니라, 비자화 불순자가 유도하는 무작위장 장애수에 의해 유도된다는 것을 입증한다.