[논문 리뷰] Onset field for Fermi-surface reconstruction in the cuprate superconductor YBCO

G. Grissonnanche, F. Laliberte외 18명|arXiv (Cornell University)|2015. 08. 22.

Physics of Superconductivity and Magnetism인용 수 14

한 줄 요약

이 연구는 YBCO에서 양자 진동과 음성 홀/세벡 신호를 통해 전자 포켓을 포함한 재구성된 피에르 표면을 보여주는 양자역학적 상태로 전환되는 날카롭게 정의된 자기장(약 12 T)을 규명한다. 열홀 전도도를 통해 저자들은 피에르 표면 재구성이 이 자기장 이하에서는 발생하지 않음을 보여주며, 영자기장에서 장거리 전하 질서가 존재하지 않음을 입증함으로써 영자기장에서의 전하 질서에 대한 양자临계점이 존재하지 않음을 배제한다.

ABSTRACT

Quantum oscillations and negative Hall and Seebeck coefficients at low temperature and high magnetic field have shown the Fermi surface of underdoped cuprates to contain a small closed electron pocket. It is thought to result from a reconstruction by charge order, but whether it is the order seen by NMR and ultrasound above a threshold field or the short-range modulations seen by X-ray diffraction in zero field is unclear. Here we use measurements of the thermal Hall conductivity in YBCO to show that Fermi-surface reconstruction occurs only above a sharply defined onset field, equal to the transition field seen in ultrasound. This reveals that electrons do not experience long-range broken translational symmetry in the zero-field ground state, and hence in zero field there is no quantum critical point for the onset of charge order as a function of doping.

연구 동기 및 목표

• 비과도된 YBCO에서 피에르 표면 재구성이 발생하는 자기장 임계값을 규명하는 것.
• YBCO에서 전하 질서가 영자기장 상태에서 장거리인지 단거리인지에 대한 논쟁을 해결하는 것.
• 관측된 피에르 표면 재구성이 장거리 격자 대칭 붕괴와 관련이 있는지, 아니면 단거리 변동과 관련이 있는지 테스트하는 것.
• doping 의 함수로서 영자기장에서 전하 질서에 대한 양자临계점이 존재하는지 명확히 하는 것.

제안 방법

• 고자기장 및 저온 조건에서 단결정 YBCO의 열홀 전도도(κ_xy) 측정.
• 양자 진동 데이터와 음성 홀 및 세벡 계수를 연계하여 피에르 표면의 위상 구조를 탐구.
• 초음파 측정을 통해 구조적 및 전자적 변화와 관련된 전이 자기장 식별.
• 열홀 전도도 반응의 시작 자기장과 초음파 전이 자기장을 비교하여 두 현상이 동일한 전자 불안정성에서 기인하는지 판단.
• 열홀 전도도의 자기장 의존성을 분석하여 전자 포켓이 나타나는 날카로운 임계점 탐지.
• 시작 자기장 이하에서 열홀 전도도 반응이 없음을 이용해 영자기장 상태에서 장거리 전하 질서가 존재하지 않음을 유추.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 YBCO에서 피에르 표면 재구성이 처음 나타나는 자기장은 어느 정도인가?
• RQ2 관측된 YBCO의 피에르 표면 재구성은 장거리 전하 질서에 의해 유도되는가, 아니면 단거리 변동에 의해 유도되는가?
• RQ3 YBCO의 영자기장 상태에서 전하 질서 형성에 대한 양자临계점이 존재하는가?
• RQ4 피에르 표면 재구성의 시작은 YBCO에서 초음파 전이 자기장과 일치하는가?
• RQ5 시작 자기장 이하에서 열홀 전도도 반응이 없는 것은 영자기장 상태에서 전자적 질서의 성격에 대해 무엇을 시사하는가?

주요 결과

• YBCO에서 피에르 표면 재구성이 약 12 T의 날카로운 자기장에서 갑작스럽게 발생한다.
• 12 T 이하에서는 열홀 전도도에 반응이 없으며, 영자기장 상태에서 장거리 격자 대칭 붕괴가 존재하지 않음을 나타낸다.
• 피에르 표면 재구성의 시작 자기장은 초음파 전이 자기장과 일치하여 동일한 전자 기원을 시사한다.
• 12 T 이하에서 열홀 전도도 반응이 없음을 통해 영자기장 상태에서 장거리 전하 질서가 존재하지 않음을 배제하며, 영자기장에서의 전하 질서에 대한 양자临계점 존재를 반박한다.
• 자료는 양자 진동에서 관측된 전자 포켓이 장거리 질서가 아닌 단거리 전하 질서 변동에서 기인한다고 지지한다.
• 결과는 YBCO에서 전하 질서가 자기장에 의해 유도되며, 영자기장 상태에서는 본질적으로 존재하지 않음을 시사한다.