[논문 리뷰] Pole structure of the electronic self-energy with coexistence of Charge order and Superconductivity

Maxence Grandadam, C. Pépin|arXiv (Cornell University)|2020. 12. 21.

Physics of Superconductivity and Magnetism참고 문헌 43인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 저공극성 희토류 산화물의 전자 자기에너지에서 관측된 비정상적인 다극자 구조가, 전하 밀도파(CDW)와 초전도(SC) 순서가 공존하는 것으로서, 분획화된 페어 밀도파(PDW) 시나리오에 의해 기인한다고 제안한다. CDW 순서의 조절에 연결된 유령 Fermion 유사 형식을 사용하여 자기에너지 모델링을 수행함으로써, 저온에서의 수치 시뮬레이션과 ARPES 실험에서 관측된 비대칭 다극자 구조 및 스펙트럼 특성을 재현하였다. 특히 Tc 이하의 반정점 영역에서 뚜렷한 결과를 보였다.

ABSTRACT

We compare the pole structure of the electronic Green's function obtained by Cluster Dynamical Mean Field Theory to the results from the fractionalized Pair Density Wave idea. In the superconducting phase, we can consider the system in a state with coexistence of Superconducting and Charge order. Writing the Green's function in a way analogous to the previously proposed "hidden-fermions" model from S. Sakai et al (2016) leads to a similar pole structure for the self-energy. The fractionalization of the Pair Density Wave order also describes the pseudogap phase as a superposition of superconducting and charge order fluctuations. Considering a phenomenological lifetime for the particle-particle and particle-hole pairs leads to an electronic spectral function that matches the numerical results.

연구 동기 및 목표

• 저공극성 희토류 산화물에서 CDMFT 시뮬레이션을 통해 관측된 전자 자기에너지의 이국적인 다극자 구조를 설명하기 위해.
• 양자역학적 편역상과 초전도 상태가 공존하는 전하 순서와 초전도성의 공통 메커니즘을 통해 통합될 수 있는지 조사하기 위해.
• 조절되는 입자-입자 쌍을 기술하는 분획화된 PDW 시나리오가 수치적 및 실험적 데이터에서 관측된 스펙트럼 특성을 재현할 수 있는지 테스트하기 위해.
• 유령 Fermion 모델과 CDW-SC 공존 그림 사이의 연결 고리를 설정하기 위해, 유령 Fermion을 조절되는 CDW 진동수로 식별하기 위해.
• 입자-입자 쌍과 입자-구멍 쌍의 현상학적 수명이 전자 스펙트럼 함수에 미치는 영향을 통해 CDMFT 결과와 일치하는 스펙트럼 넓이를 재현하기 위해.

제안 방법

• 저공극성에서의 Hubbard 모형에서 전자 Green 함수와 자기에너지 계산을 위해 2×2 클러스터를 사용한 동적 평균장이론의 클러스터 확장(CDMFT)을 채택하여.
• Green 함수를 정상(ΣN) 및 이방성(ΣAN) 자기에너지 성분으로 분해하며, 후자는 초전도 순서와 연결된다.
• 전자들이 조절되는 CDW 순서와 관련된 '유령' Fermionic 모드에 결합하는 것과 유사한 방식으로 자기에너지 표현을 수립하여.
• CDW와 SC 순서가 하나의 기본 PDW 순서 매개변수의 변동으로 기술되는 분획화된 PDW 프레임워크를 도입하여.
• 입자-입자 쌍과 입자-구멍 쌍에 현상학적 유한 수명을 도입하여 감쇠 효과를 시뮬레이션하고 수치 결과의 스펙트럼 넓이를 일치시키기 위해.
• 결과적으로 도출된 전자 스펙트럼 함수 A(k, ω)를 CDMFT 데이터 및 ARPES 측정치와 비교하며, 특히 반정점 k = (0, π)에서 분석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Tc 이하에서 CDMFT 시뮬레이션에서 관측된 정상 자기에너지의 비대칭 다극자 구조는 CDW와 SC 순서의 공존에 의해 설명될 수 있는가?
• RQ2 CDW와 SC 변동을 통합하는 분획화된 PDW 시나리오는 편역상과 초전도 상태에서 관측된 스펙트럼 특성을 재현할 수 있는가?
• RQ3 유령 Fermion 모델이 CDMFT 결과를 성공적으로 기술한 것은 추상적인 보조 자유도 때문이 아니라, 근본적인 CDW 순서 때문인가?
• RQ4 Cooper 쌍과 전하 변동의 현상학적 수명이 전자 스펙트럼 함수의 감쇠 및 넓이에 얼마나 잘 일치하는가?
• RQ5 자기에너지의 다극자 위치와 강도는 반정점 영역에서 ARPES 실험에서 관측된 스펙트럼 특성과 어떻게 관련되어 있는가?

주요 결과

• CDMFT로 계산된 반정점 k = (0, π)에서의 정상 자기에너지에서는 저에너지에서 두 개의 고립된 다극자가 관측되며, 정상 다극자에 비해 양의 에너지 다극자가 스펙트럼 무게 측면에서 우세하다는 강한 비대칭성이 나타난다.
• 이방성 자기에너지에서는 정상 부분과 동일한 위치에 두 개의 다극자가 나타나지만, 스펙트럼 무게 분포는 반대 방향으로 분포하며, 초전도 쌍성과 일관된다.
• 전자 스펙트럼 함수 A(k, ω)는 음의 에너지에서 날카운 피크와 양의 에너지에서 두 개의 넓어진 피크를 나타내며, 이는 CDMFT 결과와 정확히 일치한다.
• 유령 Fermion 유사 형식이 조절되는 CDW 순서로 해석될 경우, CDMFT에서 관측된 바와 동일한 자기에너지 다극자 구조를 재현하며, 특히 반정점 영역에서 뚜렷한 결과를 보인다.
• 분획화된 PDW 모델은 편역상 단계를 SC와 CDW 변동의 중첩으로 기술하여, 스펙트럼 함수의 운동량, 에너지, 온도 의존성을 성공적으로 재현한다.
• 입자-입자 쌍과 입자-구멍 쌍에 현상학적 수명을 도입함으로써 감쇠된 스펙트럼 함수를 도출하였으며, 이는 정량적으로 CDMFT 결과와 ARPES 관측치와 일치한다.