[論文レビュー] Stripe quadrupole order in the nematic phase of FeSe$_{1-x}$S$_x$

Weilu Zhang, Sixuan Wu+4 more|arXiv (Cornell University)|Oct 26, 2017

Iron-based superconductors research被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、偏光分解電子ラマン分光法を用いてFeSe$_{1-x}$S$_x$においてストライプ型四極モーメント秩序を同定した。低エネルギー準弾性ピーク（QEP）と四極モーメント対称性を示す電子連続体が観測された。QEPは$T_S(x)$に近づくと臨界的に増幅され、$T_S(x)$未満で冷却すると連続体にギャップが形成される。さらに、ドーピング依存性において$x \approx 0.15$で強度の最大値を示す。これらは平均場的秩序パラメータを示しており、電荷またはスピン調波を伴わない、新たな形の電荷秩序を確立するものである。

ABSTRACT

We use polarization-resolved electronic Raman spectroscopy to study charge dynamics in non-magnetic FeSe$_{1-x}$S$_x$ superconductor. We observe two features of the $XY$ quadrupole symmetry: a low-energy quasi-elastic peak (QEP) and an electronic continuum. The QEP exhibits critical enhancement upon cooling towards the structural transition at $T_S(x)$. Below $T_S(x)$, the QEP diminishes gradually, and a gap with temperature evolution reminiscent of a mean-field order parameter opens in the continuum. The intensity of the QEP develops with increasing sulfur doping $x$ and maximizes at $x\approx$ 0.15, while the gap magnitude decreases with the suppression of $T_S(x)$. We interpret the development of the gap in the quadrupole scattering channel as the formation of a stripe quadrupole order: a wave of quadrupole moment without charge or spin modulation.

研究の動機と目的

• 非磁性のFeSe$_{1-x}$S$_x$におけるネミック性および構造転移下での電荷ダイナミクスを調査すること。
• 対称性分解スペクトロスコピーを用いてネミック相における電子秩序の性質を同定すること。
• 観測された低エネルギー特徴が、スピンまたは電荷密度波とは異なる新たな形の電荷秩序に起因するかどうかを特定すること。
• ドーピング依存性と$T_S(x)$に伴う秩序パラメータの進化を調査すること。

提案手法

• FeSe$_{1-x}$S$_x$の電子応答を調べるために偏光分解電子ラマン分光法が用いられた。
• 特定の電子励起を検出するために、$XY$四極モーメント対称性チャネルが分離された。
• $T_S(x)$近辺で温度依存測定が実施され、準弾性ピーク（QEP）および電子連続体の進化が追跡された。
• ドーピング$x$および温度を関数としてQEP強度と連続体ギャップを分析し、秩序パラメータの挙動を抽出した。
• データは平均場的秩序パラメータの観点から解釈され、電子秩序の性質が推定された。
• 対称性およびスペクトル解析によりスピンまたは電荷調波の不在が確認され、純粋な四極モーメント秩序を支持するものであった。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 FeSe$_{1-x}$S$_x$のネミック相で観測された低エネルギー電子励起の性質は何か？
• RQ2 $XY$四極モーメントチャネルにおける準弾性ピーク（QEP）および電子連続体は、平均場的挙動を示す秩序パラメータを反映しているか？
• RQ3 ドーピングレベル$x$はQEPの発現および連続体ギャップの発達にどのように影響するか？
• RQ4 観測された秩序は電荷、スピン、あるいは純粋に四極モーメント調波で特徴づけられるか？
• RQ5 構造転移温度$T_S(x)$と四極モーメント秩序の開始との関係は何か？

主な発見

• QEPは$T_S(x)$に近づくと臨界的に増幅され、秩序の始まりを示している。
• $T_S(x)$未満ではQEPは徐々に減少するが、連続体に平均場的秩序パラメータと整合する温度依存性を示すギャップが開く。
• QEPの強度は硫黄ドーピング$x$に伴い増加し、$x \approx 0.15$で最大値を示す。これはこのドーピングで秩序が最適化されていることを示唆する。
• 連続体のギャップの大きさはドーピング$x$が増加するにつれて減少し、$T_S(x)$の抑制と相関する。
• 電荷またはスピン調波の不在に加え、対称性およびドーピング依存性から、ストライプ型四極モーメント秩序——電荷またはスピン密度調波を伴わない四極モーメントの波——の出現が支持される。
• データは、従来の電荷またはスピン密度波とは異なる、FeSe$_{1-x}$S$_x$における新たな電子秩序の存在を総合的に示している。