[논문 리뷰] Evidence for unusual superconducting correlations coexisting with stripe order in La(1.875)Ba(0.125)CuO(4)

J. M. Tranquada, G. D. Gu외 11명|arXiv (Cornell University)|2008. 09. 03.

Physics of Superconductivity and Magnetism인용 수 14

한 줄 요약

이 연구는 레이저-바륨- Copper 산화물(La1.875Ba0.125CuO4)에서 X선 및 중성자 회절, 열역학적 측정 및 전송 측정을 통합하여, 2차원 초전도성 상관관계가 스트립 순서와 공존하고 있음을 입증한다. 결과는 3D 초전도성의 부재에도 불구하고, 스트립 순서와 호환되는 사인파 모드 초전도 상태를 시사하며, 강한 쌍성 상관관계가 존재함에도 불구하고 3D 초전도성의 결여를 설명한다.

ABSTRACT

We present new x-ray and neutron scattering measurements of stripe order in La(1.875)Ba(0.125)CuO(4), along with low-field susceptibility, thermal conductivity, and specific heat data. We compare these with previously reported results for resistivity and thermopower. Temperature-dependent features indicating transitions (or crossovers) are correlated among the various experimental quantities. Taking into account recent spectroscopic studies, we argue that the most likely interpretation of the complete collection of results is that an unusual form of two-dimensional superconducting correlations appears together with the onset of spin-stripe order. Recent theoretical proposals for a sinusoidally-modulated superconducting state compatible with stripe order provide an intriguing explanation of our results and motivate further experimental tests. We also discuss evidence for one-dimensional pairing correlations that appear together with the charge order. With regard to the overall phenomenology, we consider the degree to which similar behavior may have been observed in other cuprates, and describe possible connections to various puzzling phenomena in cuprate superconductors.

연구 동기 및 목표

• 다양한 실험적 탐침을 사용하여 La1.875Ba0.125CuO4에서 초전도성 상관관계와 스트립 순서의 공존을 조사하기 위해.
• 특히 스트립 순서가 최대일 때 Tc가 최소가 되는 점을 감안할 때, 스트립 순서와 초전도성 간의 명백한 갈등을 해결하기 위해.
• 특이한 초전도성 쌍성 메커니즘, 예를 들어 사인파 모드로 변조된 상태가 관측된 2차원 초전도성 상관관계를 설명할 수 있는지 확인하기 위해.
• 전하 순서가 존재하는 조건에서 1차원 쌍성 상관관계의 역할을 탐색하기 위해.
• 이러한 결과가 스트립 순서와 유사한 현상을 보이는 다른 코발트산염들에 대해 보편적인 의미를 갖는지 평가하기 위해.

제안 방법

• La1.875Ba0.125CuO4에서 정적 스트립 순서와 그 온도 의존성을 조사하기 위해 고해상도 X선 및 중성자 회절을 수행하였다.
• 상전이 및 전자적 반응 특징을 규명하기 위해 저장력 자기화도, 열전도도 및 비열 측정을 수행하였다.
• 전기적 특성(저항도, 열전력)의 온도 의존성 이상치를 열역학적 및 회절 데이터와 연계하여 공통된 전이 온도를 식별하였다.
• 최근의 스펙트로스코픽 데이터(예: ARPES, 광학 전도도)를 통합하여 초전도 갭의 존재 및 성격을 평가하였다.
• 스트립 순서와 호환되는 사인파 모드로 변조된 초전도 상태 이론 모델을 평가하여 실험 관측 결과를 해석하였다.
• La2CuO4.11 및 과다도핑된 LSCO 필름과의 비교를 통해 관측된 현상의 보편성을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 La1.875Ba0.125CuO4에서 3D 초전도성의 억제에도 불구하고 2차원 초전도성 상관관계가 스트립 순서와 공존하는가?
• RQ2 스트립 순서 존재 조건에서의 초전도성 쌍성의 성격은 무엇이며, 전통적인 d-파일드 쌍성과 어떻게 다를까?
• RQ3 관측된 2차원 초전도성 상관관계는 스트립 순서와의 오버랩을 최소화하는 사인파 모드로 변조된 초전도 상태로 설명될 수 있는가?
• RQ4 전하 순서와 함께 1차원 쌍성 상관관계가 존재하는가, 그리고 그것이 전체 초전도 메커니즘에서 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 스트립 순서와 초전도성 상관관계의 공존은 불완전도 코발트산염 전반에 걸쳐 일반적인 특성인가?

주요 결과

• X선 및 중성자 회절, 저항도, 열전력, 자기화도, 열전도도 및 비열 데이터에서 온도 의존적 특징이 일관되게 관측되었다.
• 열역학적 및 전송 측정에 의해, 2차원 초전도성 상관관계가 최소 40 K까지 스트립 순서와 공존하는 것으로 밝혀졌다.
• 스핀 스트립 순서의 시작은 면내 광학 전도도에서 특이한 갭의 출현과 관련이 있으며, 이는 균일한 초전도성 이전의 쌍성 상관관계를 시사한다.
• 스트립 순서 상에서 Tc 이상에서도 d-파일드 갭 유사 갭에 대한 스펙트로스코픽 증거는 초전도성 상관관계의 존재를 더욱 뒷받침한다.
• 실험 데이터와 호환되는 사인파 모드로 변조된 초전도 상태 이론 모델이 관측된 바, 억제된 조이오스온 결합 및 3D 초전도성의 부재에 대한 설득력 있는 설명을 제공한다.
• 전하 순서와 함께 1차원 쌍성 상관관계의 증거가 관측되어, 전하, 스핀 및 초전도성 자유도 간의 복잡한 상호작용을 시사한다.