[論文レビュー] Charge ordering in metals with antiferromagnetic spin correlations

Subir Sachdev, Rolando L. La Placa|arXiv (Cornell University)|Mar 8, 2013

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、特にYBCOを含むアンダードープカップレートにおける電荷秩序が、反強磁性スピン相関に起因して主にd波対称性を示すと提案している。これは結合中心秩序を支持する。任意の波数を用いた非制限ハートリー・フォック計算により、Néel秩序に関連づけられてきた発現的擬スピン対称性が、短距離的かつ非共鳴的なスピン相関に対しても、電荷不安定性を支配することを示しており、非共鳴的な結合秩序パラメータが生じる。

ABSTRACT

We present an unrestricted Hartree-Fock computation of charge-ordering instabilities of two-dimensional metals with antiferromagnetic exchange interactions, allowing for arbitrary ordering wavevectors and internal wavefunctions of the particle-hole pair condensate. We find that the ordering has a dominant d symmetry of rotations about lattice points for a range of ordering wavevectors, including those observed in recent experiments at low temperatures on YBCO. This d symmetry implies the charge ordering is primarily on the bonds of the Cu lattice, and we propose incommensurate bond order parameters for the underdoped cuprates. The field theory for the onset of Neel order in a metal has an emergent pseudospin symmetry which `rotates' d-wave Cooper pairs to particle-hole pairs (Metlitski et al. arXiv:1005.1288): our results show that this symmetry has consequences even when the spin correlations are short-ranged and incommensurate.

研究の動機と目的

• 反強磁性スピン相関を有する二次元金属における電荷秩序不安定性を調査すること。
• 任意の秩序波数に対して、電荷秩序の対称性および空間的構造を特定すること。
• 発現的擬スピン対称性が、ペア形成のd波対称性と粒子-空孔対の関係をどのように結ぶかを調査すること。
• 低温におけるYBCOにおける非共鳴的電荷秩序の実験的観測を説明すること。
• アンダードープカップレートにおける非共鳴的結合秩序パラメータを記述する場理論的枠組みを提案すること。

提案手法

• 非制限ハートリー・フォック計算を用いて、二次元金属における電荷秩序不安定性を研究すること。
• 任意の秩序波数および粒子-空孔対凝縮の内部波動関数を含めること。
• 反強磁性交換相互作用を用いたスピン相関の分析を行い、短距離的および非共鳴的状況を含む。
• 発現的擬スピン対称性を用いた場理論を用い、d波対称性のクーパー対と粒子-空孔対を関連付けること。
• d対称性優位性に基づく非共鳴的結合秩序パラメータの明示的構成。
• スピン秩序状態および電荷秩序状態におけるハートリー・フォック方程式の数値的および解析的取り扱い。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 反強磁性スピン相関を有する金属における電荷秩序の支配的対称性は何か？
• RQ2 非共鳴的スピン相関は、電荷秩序の構造および波数にどのように影響を与えるか？
• RQ3 Néel相場理論における発現的擬スピン対称性が、電荷秩序不安定性へとどの程度拡張可能か？
• RQ4 アンダードープカップレートにおけるクーパー対のペアリング対称性と、電荷秩序のd波対称性をどのように結びつけることができるか？
• RQ5 秩序波数が非共鳴的である場合、電荷秩序パラメータはどのような形をとるか？

主な発見

• 電荷秩序は格子点に関して主にd波対称性を示し、これはCu-O結合上での主な電荷モード変調を示唆する。
• d対称性は、低温YBCO実験で観測された波数を含む、さまざまな秩序波数に対して安定である。
• 非共鳴的結合秩序パラメータは、アンダードープカップレートにおける電荷秩序の自然な記述であると提唱される。
• Néel秩序に関連づけられてきた発現的擬スピン対称性は、スピン相関が短距離的かつ非共鳴的であっても、電荷秩序に測定可能な影響を及ぼす。
• 非制限ハートリー・フォックフレームワークは、共鳴波数に制限されないまま、スピン相関と電荷不安定性の相互作用を的確に捉えている。
• 結果は、仮想ギャップ領域におけるd波ペアリングと結合中心電荷秩序との間に深い関係があることを示唆する。