[论文解读] Discovery of Charge Density Waves in Cuprate Superconductors up to the Critical Doping and Beyond

H. Miao, G. Fabbris+18 more|arXiv (Cornell University)|Jan 28, 2020

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用 4

一句话总结

本研究利用X射线衍射证明，在La2-xSrxCuO4中，电荷密度波（CDW）关联在掺杂浓度x = 0.21时仍持续存在，超过此前提出的临界掺杂浓度xc = 0.19。尽管在xc处 Fermi表面拓扑结构和电子输运性质发生显著变化，但未观察到CDW关联的不连续性，这挑战了CDW序作为独立相变的观点，并促使重新评估其在高温超导铜氧化物相图中的作用。

ABSTRACT

The unconventional normal-state properties of the cuprates are often discussed in terms of emergent electronic order that onsets below a putative critical doping, xc=0.19. Charge density wave (CDW) correlations represent one such order; however, experimental evidence for such order generally spans a limited range of doping that falls short of the critical value xc, leading to questions regarding its essential relevance. Here, we use x-ray diffraction to demonstrate that CDW correlations in La2-xSrxCuO4 persist up to a doping of at least x = 0.21 . The correlations show strong changes through the superconducting transition, but no obvious discontinuity through xc=0.19 , despite changes in Fermi surface topology and electronic transport at this doping. These results prompt a reconsideration of the role of CDW correlations in the high-Tc cuprate phase diagram.

研究动机与目标

• 研究在临界掺杂浓度xc = 0.19以上，铜氧化物中电荷密度波（CDW）关联的持续性。
• 在已知xc处Fermi表面拓扑结构和电子输运性质发生变化的背景下，确定CDW序是否在xc处经历不连续转变。
• 通过将实验观测扩展至更高掺杂水平，评估CDW关联在高温超导铜氧化物相图中的相关性。
• 通过使用X射线衍射提供直接实验证据，解决关于CDW序的相互矛盾的解释。

提出的方法

• 采用X射线衍射技术探测单晶La2-xSrxCuO4在不同掺杂水平下的电荷密度波（CDW）关联。
• 在超导转变温度附近进行测量，以评估CDW强度和相干性的变化。
• 系统性地改变掺杂水平，重点将测量扩展至xc = 0.19以上，直至x = 0.21。
• 数据分析聚焦于在已知电子相变发生的xc = 0.19处，识别CDW关联强度是否出现不连续性。
• 将CDW行为与xc处已知的Fermi表面拓扑结构和电子输运性质的变化进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在La2-xSrxCuO4中，电荷密度波（CDW）关联是否在临界掺杂浓度xc = 0.19以上仍持续存在？
• RQ2 在xc = 0.19处，CDW关联是否出现不连续变化，同时伴随Fermi表面拓扑结构的改变？
• RQ3 CDW关联如何通过超导转变过程及临界掺杂浓度演化？
• RQ4 CDW序与铜氧化物非常规正常态性质之间存在何种关系？

主要发现

• La2-xSrxCuO4中的电荷密度波（CDW）关联在至少x = 0.21的掺杂浓度下仍持续存在，超过此前提出的临界掺杂浓度xc = 0.19。
• 尽管在xc = 0.19处Fermi表面拓扑结构和电子输运性质发生显著变化，但未观察到CDW关联强度的不连续性。
• CDW关联在超导转变过程中表现出显著变化，表明其与超导序存在耦合。
• 在xc处CDW序未出现明显转变，表明CDW关联可能并非该掺杂浓度下电子相变的主要驱动力。
• 结果挑战了将xc = 0.19视为CDW序临界点的解释，促使重新评估CDW在铜氧化物相图中的相关性。