[논문 리뷰] Suppression of charge order by pressure in the cuprate superconductor YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{y}$ : Restoring the full superconducting dome

O. Cyr-Choinière, David LeBoeuf외 7명|arXiv (Cornell University)|2015. 03. 06.

Physics of Superconductivity and Magnetism인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 압력이 YBa₂Cu₃Oᵧ에서 전하 질서를 억제하지만 허위 갭 상황에 영향을 주지 않음을 입증하며, 이는 허위 갭이 전하 질서 형성의 전구가 아님을 드러낸다. 전하 질서가 억제될 때 초전도 도메인은 p ≈ 0.12에서 최고에 이르며, 낮은 도핑 영역에서 초전도성과 전하 질서의 상호작용을 형성하는 제3의 경쟁 상이 존재함을 시사한다.

ABSTRACT

It has recently become clear that cuprate superconductors have a universal tendency to form charge-density-wave order. A fundamental question is the relation between this charge order and the pseudogap phase. A key feature is that this tendency is strongest at a doping $p \simeq 0.12$, irrespective of the modulation period. Here we show that pressure suppresses charge order in YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{y}$, but does not affect the pseudogap phase. The latter is therefore not simply a precursor of the former. Looking at high-pressure data, we find that when charge order is suppressed, the superconducting dome in the phase diagram of YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{y}$ is transformed so that it no longer dips but instead now peaks at $p \simeq 0.12$. The fact that in the absence of mutual competition the domes of superconductivity and of charge order both peak at the same doping is strong evidence for the existence of a third phase that competes with both orders at low doping, thereby shaping the phase diagram of cuprates.

연구 동기 및 목표

• 컵레이트 초전도체에서 전하 질서와 허위 갭 상황 간의 관계를 조사하기 위해.
• 허위 갭 상황이 전하 질서 형성의 전구인지 확인하기 위해.
• 압력이 YBa₂Cu₃Oᵧ에서 초전도 도메인과 전하 질서에 어떻게 영향을 미치는지 탐구하기 위해.
• 낮은 도핑 영역에서 초전도성과 전하 질서와의 경쟁을 이끄는 제3의 상이 존재하는지 확인하기 위해.

제안 방법

• YBa₂Cu₃Oᵧ의 단일 결정에 수압을 가하여 전자 상을 조절하기 위해.
• 운반 및 스펙트로스코픽 기법을 사용하여 고압 조건에서 전자 구조와 초전도 특성을 측정하기 위해.
• 대기압과 고압 조건의 상도를 비교하여 압력이 전하 질서와 초전도성에 미치는 영향을 분리하기 위해.
• 도핑 의존성(p ≈ 0.12)을 분석하여 전하 질서 억제의 대칭성과 일반성을 평가하기 위해.
• 고압 데이터를 활용하여 상호 경쟁이 없는 조건에서 초전도 도메인을 재구성하기 위해.
• 낮은 도핑 영역에서 초전도성과 전하 질서와의 경쟁을 이루는 제3의 상이 존재하는지 확인하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 압력은 YBa₂Cu₃Oᵧ에서 전하 질서를 억제하면서도 허위 갭 상황에 영향을 주지 않나요?
• RQ2 허위 갭 상황은 컵레이트에서 전하 질서 형성의 전구입니까?
• RQ3 압력에 의한 전하 질서 억제가 초전도 도메인의 형태에 어떻게 영향을 미치나요?
• RQ4 낮은 도핑 영역에서 컵레이트 상도도의 형태를 결정짓는 제3의 경쟁 상은 어떤 역할을 하나요?
• RQ5 왜 전하 질서가 억제될 때 초전도 도메인이 p ≈ 0.12에서 최고에 이르나요?

주요 결과

• 압력은 YBa₂Cu₃Oᵧ에서 전하 질서를 억제하지만 허위 갭 상황에 영향을 주지 않으며, 이는 둘이 직접적으로 관련되어 있지 않음을 시사한다.
• 허위 갭 상황은 압력 조건에서도 유지되며, 전하 질서 형성의 단순한 전구 관계를 배제한다.
• 전하 질서가 억제된 후, 초전도 도메인은 더 이상 아래로 처지지 않고 p ≈ 0.12에서 최고에 이른다.
• 서로 간의 경쟁이 없는 조건에서 초전도 도메인과 전하 질서의 피크가 p ≈ 0.12에서 공통으로 나타나는 것은 낮은 도핑 영역에서 제3의 경쟁 상이 존재함을 암시한다.
• 서로 다른 조건에서 상호 작용이 제거된 상황에서 초전도성과 전하 질서의 피크가 동시에 나타나는 것으로 보아 제3의 상이 존재함이 강력히 시사된다.
• 압력 조건에서도 p ≈ 0.12에서 전하 질서의 보편적인 도핑 의존성이 유지되며, 이는 파장 주기와 관계없이 강건함을 확인한다.