[논문 리뷰] Reemergeing electronic nematicity in heavily hole-doped Fe-based superconductors

J. Li, Dan Zhao외 9명|arXiv (Cornell University)|2016. 11. 15.

Iron-based superconductors researchMaterials Science참고 문헌 24인용 수 16

한 줄 요약

이 연구는 핵자기공명(NMR) 측정을 통해 중금속 구멍 도핑된 철기반 초전도체, 특히 CsFe2As2에서 전자 구상성의 재등장함을 입증한다. 이는 국소적 회전 대칭성 파괴를 나타내는 이방성 쿼드루폴 브로드닝을 보여주며, 모트 절연체 상태와 전자 구상성 사이의 직접적인 연관성을 확립함으로써 고온 초전도체에서의 구상성에 대한 보편적 메커니즘을 지지한다.

ABSTRACT

In correlated electrons system, quantum melting of electronic crystalline phase often gives rise to many novel electronic phases. In cuprates superconductors, melting the Mott insulating phase with carrier doping leads to a quantum version of liquid crystal phase, the electronic nematicity, which breaks the rotational symmetry and exhibits a tight twist with high-temperature superconductivity. Recently, the electronic nematicity has also been observed in Fe-based superconductors. However, whether it shares a similar scenario with its cuprates counterpart is still elusive. Here, by measuring nuclear magnetic resonance in CsFe2As2, a prototypical Fe-based superconductor perceived to have evolved from a Mott insulating phase at 3d5 configuration, we report anisotropic quadruple broadening effect as a direct result of local rotational symmetry breaking. For the first time, clear connection between the Mott insulating phase and the electronic nematicity can be established and generalized to the Fe-based superconductors. This finding would promote a universal understanding on electronic nematicity and its relation with high-temperature superconductivity.

연구 동기 및 목표

• 강한 전자 상호작용을 포함한 철기반 초전도체에서 전자 구상성의 기원을 규명하는 것.
• 철기반 초전도체에서 전자 구상성이 컵레이트와 유사하게 모트 절연체 상태의 양자적 융해에 의해 기인하는가를 확인하는 것.
• 중금속 구멍 도핑된 시스템에서 모트 절연체 상태와 구상성 질서의 발생 사이에 직접적인 실험적 연결 고리를 확립하는 것.
• 특히 고온 초전도성과 관련하여 상호작용 전자 시스템에서 전자 구상성의 보편성을 탐구하는 것.

제안 방법

• 3d5 구조를 가진 프로타otypical 철기반 초전도체인 CsFe2As2에서 핵자기공명(NMR) 측정을 수행하였다.
• 국소 전자 대칭성 파괴를 탐지하기 위해 57Fe NMR 스펙트럼의 쿼드루폴 브로드닝을 중심으로 분석하였다.
• Fe 이온에서의 회전 대칭성 파괴를 탐지하기 위해 이방성 쿼드루폴 브로드닝을 분석하였다.
• 홀 도핑이 모트 절연체 기반 상태에서 구상 상태로의 전이를 이끌어내는 맥락에서 데이터를 해석하였다.
• 관측된 구상 반응을 상호작용 시스템에서의 양자상전이 이론적 예측과 비교 분석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CsFe2As2와 같은 중금속 구멍 도핑된 철기반 초전도체에서 전자 구상성이 재등장하는가?
• RQ2 모트 절연체 상태와 철기반 시스템에서의 전자 구상성 발생 사이에 직접적인 실험적 연결 고리가 존재하는가?
• RQ3 철기반 초전도체에서의 구상성 질서가 컵레이트와 유사하게 모트 절연체의 양자적 융해를 통해 기인하는가?
• RQ4 중금속 도핑된 FeAs 기반 화합물의 NMR 스펙트럼에서 국소 전자 대칭성 파괴는 어떻게 나타나는가?

주요 결과

• CsFe2As2의 57Fe NMR 스펙트럼에서 관측된 이방성 쿼드루폴 브로드닝은 국소적 회전 대칭성 파괴를 직접적으로 보여주며, 전자 구상성을 시사한다.
• 구상성은 중금속 구멍 도핑 영역에서 재등장함을 보여주며, 도핑에 따른 구상성의 비단조화적 진화를 시사한다.
• 관측된 구상성은 직접적으로 기반 모트 절연체 상태와 연결되어 있으며, 이는 상호작용 전자 시스템에서의 보편적 기원을 시사한다.
• 결과는 철기반 초전도체에서 전자 구상성이 컵레이트와 유사하게 모트 절연체의 양자적 융해에 기인하는 시나리오를 지지한다.