[论文解读] Critical nematic fluctuations at the onset of the pseudogap phase in the cuprate superconductor Bi$_2$Sr$_2$CaCu$_2$O$_{8+\delta}$

N. Auvray, S. Benhabib+9 more|arXiv (Cornell University)|Feb 9, 2019

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用 1

一句话总结

本研究通过对称性分辨的电子拉曼散射，发现在Bi2Sr2CaCu2O8+δ中赝能隙终点附近存在增强的向列序涨落，表明可能存在一个即将出现的向列量子临界点。然而，掺杂依赖性偏离了典型的量子临界行为，反而表明其与电子能带结构中的范霍夫奇点存在强耦合。

ABSTRACT

Establishing the presence and the nature of a quantum critical point in their phase diagram is a central enigma of the high-temperature superconducting cuprates. It could explain their pseudogap and strange metal phases, and ultimately their high superconducting temperatures. Yet, while solid evidences exist in several unconventional superconductors of ubiquitous critical fluctuations associated to a quantum critical point, in the cuprates they remain undetected until now. Here using symmetry-resolved electronic Raman scattering in the cuprate Bi$_2$Sr$_2$CaCu$_2$O$_{8+\delta}$, we report the observation of enhanced electronic nematic fluctuations near the endpoint of the pseudogap phase. While our data hint at the possible presence of an incipient nematic quantum critical point, the doping dependence of the nematic fluctuations deviates significantly from a canonical quantum critical scenario. The observed nematic instability rather appears to be tied to the presence of a van Hove singularity in the band structure.

研究动机与目标

• 研究高温超导体Bi2Sr2CaCu2O8+δ中量子临界涨落的存在与性质。
• 确定赝能隙相边界附近的向列序涨落是否标志着一个量子临界点。
• 探讨高温超导体中电子向列性与电子能带结构奇点之间的关系。
• 解决观察到的涨落行为与铜氧化物中典型量子临界标度之间的差异。

提出的方法

• 采用对称性分辨的电子拉曼散射，以动量和对称性分辨的方式探测电子涨落。
• 聚焦于向列通道，以检测与旋转对称性破缺相关的涨落。
• 分析赝能隙相边界附近向列响应的掺杂依赖性。
• 将观察到的涨落行为与量子临界标度假设进行比较。
• 评估能带结构中范霍夫奇点在驱动观察到的涨落中可能扮演的角色。
• 利用温度和掺杂依赖的拉曼光谱，提取向列序涨落的强度及其演化行为。

实验结果

研究问题

• RQ1 Bi2Sr2CaCu2O8+δ中赝能隙相终点附近的向列序涨落是否表明存在一个量子临界点？
• RQ2 向列序涨落的掺杂依赖性与典型量子临界行为相比有何异同？
• RQ3 观察到的向列序涨落在多大程度上受到电子能带结构的影响，特别是范霍夫奇点的影响？
• RQ4 观察到的偏离量子临界标度的行为是否可由能带结构效应而非临界性来解释？
• RQ5 电子关联在赝能隙区附近介导向列序涨落中起何种作用？

主要发现

• 在Bi2Sr2CaCu2O8+δ的赝能隙相终点附近观测到增强的向列序涨落，表明可能存在一个即将出现的向列量子临界点。
• 向列序涨落的掺杂依赖性显著偏离典型量子临界标度假设，对传统量子临界点的存在提出了挑战。
• 观察到的向列序不稳定性与电子能带结构中范霍夫奇点的存在密切相关。
• 数据表明，范霍夫奇点而非量子临界性，可能是驱动观察到的向列序涨落的主要因素。
• 对称性分辨的拉曼散射结果表明，向列序涨落在赝能隙边界附近最为显著，此时电子关联与能带结构效应达到最大。
• 结果表明，为解释向列序涨落，必须在铜氧化物相图模型中纳入能带结构效应，特别是范霍夫点附近的效应。