[논문 리뷰] The Physics of Pair Density Waves

D. F. Agterberg, J. C. Davis외 8명|arXiv (Cornell University)|2019. 04. 22.

Physics of Superconductivity and Magnetism참고 문헌 3인용 수 41

한 줄 요약

PDW 초전도체의 포괄적 검토로, 현상학,诱 유도된 vestigial 질서, cuprate 증거, 그리고 FFLO 물리와의 연결에 초점.

ABSTRACT

We review the physics of pair density wave (PDW) superconductors. We begin with a macroscopic description that emphasizes order induced by PDW states, such as charge density wave, and discuss related vestigial states that emerge as a consequence of partial meting of the PDW order. We review and critically discuss the mounting experimental evidence for such PDW order in the cuprate superconductors, the status of the theoretical microscopic description of such order, and the current debate on whether the PDW is a "mother order" or another competing order in the cuprates. In addition, we give an overview of the weak coupling version of PDW order, Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov states, in the context of cold atom systems, unconventional superconductors, and non-centrosymmetric and Weyl materials.

연구 동기 및 목표

• PDW 상태를 공간적으로 변조된 질서가 있는 독립적인 초전도 상으로 연구의 동기를 부여한다.
• PDW와 연관된 거시적 특성 및 대칭성에 의해 결정되는 유도 질서(예: CDW, 네마틱, 4e 초전도성)를 특징지운다.
• cuprates의 PDW 질서에 대한 실험적 증거의 현황을 평가하고 이론에 대한 시사점을 논의한다.
• 약한 결합 FFLO 관점을 요약하고 이를 차가운 원자, 비전형 초전도체, Weyl/비 중심 대칭 시스템과의 관련성에 연결한다.

제안 방법

• PDW 질서를 위한 ±P_x, ±P_y 모멘텀을 가지는 Ginzburg-Landau-Wilson(GLW) 현상론을 개발한다.
• PDW로부터 유도된(vestigial) 질서인 CDW, 네마틱, 자화-밀도 파동, 그리고 4e 초전도성 등을 확인한다.
• PDW를 균일한 d-파형 질서에 연결하여 장-상 관계 및 소용돌이 특성을 연구한다.
• 2D에서의 입자-구공 불평등성 및 간극 없는 선을 강조하기 위해 PDW 상태의 Bogoliubov 스펙트럼을 분석한다.
• CDW 전위(dislocations)와의 관계를 포함한 위상학적 흥미로운 현상 및 부분 위상 소용돌이(예: Φ0/2)를 논의한다.
• cuprates에서의 Josephson 결합, ARPES, STS, 소용돌이의 성향 등 실험적 신호를 검토한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다중 변조 구성요소를 가지는 PDW의 가능한 기저상태와 유도된 vestigial 질서가 어떻게 발생하는가?
• RQ2 PDW 질서가 균일한 초전도성과 어떻게 결합하며, CDW/MDW, 네마틱, 4e 초전도 질서에 대한 관측 가능한 결과는 무엇인가?
• RQ3 PDW의 Bogoliubov 스펙트럼이 균일한 초전도성과 비교하여 어떤 특징을 가지며, ARPES/STs 데이터에 어떻게 설명되는가?
• RQ4 cuprates 및 다른 시스템에서 PDW 질서에 대한 증거는 무엇이며, cuprates에서 PDW가 어머니질서(mother)인가, 아니면 경쟁 질서인가?
• RQ5 약한 결합에서 FFLO 유사 상태가 PDW와 차가운 원자나 Weyl/비 중심 대칭 물질에서 어떤 관계를 가지는가?

주요 결과

• PDW 질서는 전하 밀도 파동, 네마틱, 자화-밀도 파동, 그리고 4e 초전도성 같은 이차 질서를 유도한다.
• PDW 기저상태에는 FF형, FF*-형, 일방향 LO-유사, 그리고 이방향 위상에서 서로 다른 vestigial 질서를 가진 상태가 포함된다.
• PDW 상태에서 반플럭스 소용돌이는 CDW의 불일치(dislocations)와 결합할 수 있어 다중의 U(1) 대칭 및 풍부한 위상학적 여정을 반영한다.
• PDW 보골리오프-스펙트럼은 입자-구공 대칭이 결여되며 2D에서 에너지 간극이 없는 선들을 특징으로 하여 cuprates의 ARPES와 일치하는 페르미 팔각대를 만들어낸다.
• La2-x BaxCuO4 및 관련 cuprates에서 PDW 유사 상관관계가 관찰되며, 층간 결합이 차단되면서 평면 내 초전도성이 강화되고 층간 일관성은 억제된다.
• PDW 프레임워크는 이중 방향 PDW와 복합 CDW 질서를 고려할 때 의문점으로 남아 있는 페르미 갭 특징과 전자 포켓과 관련된 가능성을 설명한다.