[論文レビュー] 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 LeBoeuf+7 more|arXiv (Cornell University)|Mar 6, 2015

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、圧力がYBa₂Cu₃Oᵧにおける電荷秩序を抑制するが、擬似ギャップ相に影響を与えないことを示しており、擬似ギャップ相が電荷秩序の前身ではないことを明らかにした。電荷秩序が抑制された状態では、超伝導ドームはp ≈ 0.12でピークに達し、低ドーピング領域に超伝導性と電荷秩序の両方と競合する第三の相が存在することを示唆している。

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.

研究の動機と目的

• 銅酸化物超伝導体における電荷秩序と擬似ギャップ相の関係を調査すること。
• 擬似ギャップ相が電荷秩序形成の前身であるかどうかを特定すること。
• 圧力がYBa₂Cu₃Oᵧにおける超伝導ドームおよび電荷秩序にどのように影響するかを調査すること。
• 低ドーピング領域で超伝導性と電荷秩序の両方と競合する第三の相の存在を特定すること。

提案手法

• 水圧を用いてYBa₂Cu₃Oᵧの単結晶に電子的相を調整する。
• 輸送および分光的手法を用いて高圧下での電子構造および超伝導特性を測定する。
• 大気圧および高圧下の相図を比較し、圧力が電荷秩序および超伝導性に与える影響を分離する。
• ドーピング依存性（p ≈ 0.12）の分析により、電荷秩序の抑制の対称性と普遍性を評価する。
• 高圧データを用いて、競合する電荷秩序が存在しない状況での超伝導ドームを再構築する。
• 低ドーピング領域で超伝導性と電荷秩序の両方と競合する第三の相の同定

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 圧力はYBa₂Cu₃Oᵧにおける電荷秩序を抑制するが、擬似ギャップ相に影響を与えないか？
• RQ2 擬似ギャップ相は銅酸化物における電荷秩序形成の前身であるか？
• RQ3 圧力による電荷秩序の抑制が、超伝導ドームの形状にどのように影響するか？
• RQ4 低ドーピング領域におけるキュプロート相図の形状を規定する第三の競合相の役割は何か？
• RQ5 なぜ電荷秩序が抑制された状態で超伝導ドームがp ≈ 0.12でピークに達するのか？

主な発見

• 圧力はYBa₂Cu₃Oᵧにおける電荷秩序を抑制するが、擬似ギャップ相に影響を与えないことから、両者は直接関係がないことが示唆される。
• 擬似ギャップ相は圧力下でも存続するため、電荷秩序形成の単純な前身関係は否定される。
• 電荷秩序が抑制された状態では、超伝導ドームはもはや谷をなさず、p ≈ 0.12でピークに達する。
• 電荷秩序と超伝導性が互いに競合しない状況で、p ≈ 0.12で両者のピークが一致することは、低ドーピング領域に第三の競合相が存在することを示唆する。
• 競合関係が排除された状況で、超伝導性と電荷秩序のピークが同じドーピングで一致するという事実は、第三の相の存在が強く示唆される。
• p ≈ 0.12における電荷秩序の普遍的ドーピング依存性は圧力下でも保持され、周期の変動に関係なくその頑健性が確認された。