[論文レビュー] Evidence for unusual superconducting correlations coexisting with stripe order in La(1.875)Ba(0.125)CuO(4)

J. M. Tranquada, G. D. Gu+11 more|arXiv (Cornell University)|Sep 3, 2008

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用数 14

ひとこと要約

本研究では、X線および中性子散乱、熱力学的および輸送測定を組み合わせた結果、La1.875Ba0.125CuO4において2次元的な超伝導相関がストライプ秩序と共存することを示している。結果は、ストライプ秩序と整合する正弦波的に変調された超伝導状態を示しており、強い対称性相関にもかかわらず3次元的超伝導の欠如を説明している。

ABSTRACT

We present new x-ray and neutron scattering measurements of stripe order in La(1.875)Ba(0.125)CuO(4), along with low-field susceptibility, thermal conductivity, and specific heat data. We compare these with previously reported results for resistivity and thermopower. Temperature-dependent features indicating transitions (or crossovers) are correlated among the various experimental quantities. Taking into account recent spectroscopic studies, we argue that the most likely interpretation of the complete collection of results is that an unusual form of two-dimensional superconducting correlations appears together with the onset of spin-stripe order. Recent theoretical proposals for a sinusoidally-modulated superconducting state compatible with stripe order provide an intriguing explanation of our results and motivate further experimental tests. We also discuss evidence for one-dimensional pairing correlations that appear together with the charge order. With regard to the overall phenomenology, we consider the degree to which similar behavior may have been observed in other cuprates, and describe possible connections to various puzzling phenomena in cuprate superconductors.

研究の動機と目的

• 複数の実験的プローブを用いて、La1.875Ba0.125CuO4における超伝導相関とストライプ秩序の共存を調査すること。
• 特に、最大のストライプ秩序温度における最小Tcという事実に起因する、ストライプ秩序と超伝導性の見かけ上の矛盾を解明すること。
• 正弦波的に変調された状態のような、異常な超伝導対称性メカニズムが、観測された2次元的超伝導相関を説明できるかどうかを検証すること。
• 電荷秩序の存在下での1次元的対称性相関の役割を調査すること。
• これらの発見が、類似した物性を示す他のカルコペライト系酸化物にどのように関連するかを評価すること。

提案手法

• La1.875Ba0.125CuO4における静的ストライプ秩序とその温度依存性を高分解能X線および中性子散乱で調査した。
• 低磁場における磁化率、熱伝導度、比熱を測定し、相転移および電子的応答の特徴を特定した。
• 輸送特性（抵抗率、ゼーベック効果）の温度依存的不連続性を、熱力学的および散乱データと照合し、共通の転移温度を特定した。
• 最近の分光測定データ（例：ARPES、光学的伝導度）と統合し、超伝導ギャップの存在と性質を評価した。
• ストライプ秩序と整合する正弦波的に変調された超伝導状態の理論的モデルを評価し、実験的観察を解釈した。
• La2CuO4.11 や過ドープLSCO薄膜などの他のカルコペライト系酸化物と照合し、観察された現象の普遍性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 3次元的超伝導の抑制にもかかわらず、La1.875Ba0.125CuO4において2次元的超伝導相関がストライプ秩序と共存しているか？
• RQ2 ストライプ秩序の存在下での超伝導対称性の性質は何か？ そして、従来のd波対称性とどのように異なるか？
• RQ3 観測された2次元的超伝導相関は、スピンストライプとの重なりを最小化する正弦波的に変調された超伝導状態によって説明可能か？
• RQ4 電荷秩序と併せて1次元的対称性相関が存在するか？ それらは全体的な超伝導メカニズムにおいて果たす役割は何か？
• RQ5 ストライプ秩序と超伝導相関の共存は、アンダードープカルコペライト系酸化物全体に一般化される性質か？

主な発見

• X線および中性子散乱、抵抗率、ゼーベック効果、磁化率、熱伝導度、比熱のデータにおいて、温度依存的特徴としての転移またはクロスオーバーが一貫して観測された。
• 熱力学的および輸送測定の結果、2次元的超伝導相関が少なくとも40 Kまでストライプ秩序と共存していることが判明した。
• スピンストライプ秩序の開始と、面内光学伝導度に見られる異常なギャップの出現が相関しており、バルク超伝導の前段階で対称性相関が存在することを示唆している。
• ストライプ秩序相内でのd波に類似したギャップの分光的証拠が、超伝導相関の存在をさらに裏付けている。
• 正弦波的に変調された超伝導状態の理論的モデルは、実験データと整合することが確認され、ジョセフソン結合の困難さや3次元的超伝導の欠如を説明する妥当な解釈を提供している。
• 電荷秩序と併せて1次元的対称性相関の証拠が観測され、電荷、スピン、超伝導自由度の複雑な相互作用が示唆された。