[论文解读] 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 1

一句话总结

本文提出，在欠掺杂铜氧化物（尤其是YBCO）中，由于反铁磁自旋关联，电荷有序表现出主导的d波对称性，倾向于形成键中心有序。通过使用任意波矢的非限制性哈特ree-福克计算，表明先前与反铁磁序相关联的涌现赝自旋对称性，即使在短程、非公度自旋关联下，也控制电荷不稳定性，导致非公度键有序参数的出现。

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.

研究动机与目标

• 研究具有反铁磁自旋关联的二维金属中的电荷有序不稳定性。
• 确定任意有序波矢下电荷有序的对称性和空间结构。
• 探讨涌现赝自旋对称性在连接d波库珀对与金属态中粒子-空穴对中的作用。
• 解释低温下YBCO中观测到的非公度电荷有序的实验现象。
• 为欠掺杂铜氧化物中的非公度键有序参数提出场论框架。

提出的方法

• 使用非限制性哈特ree-福克计算，研究二维金属中的电荷有序不稳定性。
• 包含任意有序波矢及粒子-空穴对凝聚态的内部波函数。
• 分析具有反铁磁交换相互作用的自旋关联，包括短程和非公度情形。
• 利用具有涌现赝自旋对称性的场论，将d波库珀对与粒子-空穴对关联起来。
• 基于d对称性主导性，显式构造非公度键有序参数。
• 对自旋序和电荷序态的哈特ree-福克方程进行数值与解析处理。

实验结果

研究问题

• RQ1 具有反铁磁自旋关联的金属中，电荷有序的主导对称性是什么？
• RQ2 非公度自旋关联如何影响电荷有序的结构和波矢？
• RQ3 在反铁磁相场论中，涌现赝自旋对称性在电荷有序不稳定性中能延伸到何种程度？
• RQ4 欠掺杂铜氧化物中，电荷有序的d波对称性能否与库珀对的配对对称性关联？
• RQ5 当有序波矢为非公度时，电荷有序参数呈现何种形式？

主要发现

• 电荷有序相对于晶格点表现出主导的d波对称性，意味着主要的电荷调制出现在Cu-O键上。
• d对称性在一系列有序波矢下均保持鲁棒，包括低温YBCO实验中观测到的波矢。
• 提出非公度键有序参数是欠掺杂铜氧化物中电荷有序的自然描述。
• 先前与反铁磁序关联的涌现赝自旋对称性，即使在自旋关联为短程且非公度时，对电荷有序仍具有可观测影响。
• 非限制性哈特ree-福克框架成功捕捉了自旋关联与电荷不稳定性之间的相互作用，且无需限制于公度波矢。
• 结果表明d波配对与键中心电荷有序在赝能隙区具有深层联系。