[论文解读] Edwards-Anderson parameter and local Ising-nematicity in FeSe revealed via NMR spectral broadening

P. Wiecki, Rui Zhou+3 more|arXiv (Cornell University)|Jul 20, 2021

Iron-based superconductors research参考文献 83被引用 14

一句话总结

本研究确立了FeSe中NMR谱线加宽源于非磁性杂质作为随机场无序所驱动的局域Ising形 nematic序。通过平均场随机场Ising模型，作者表明该加宽可由Edwards-Anderson参数定量描述，从而通过证明压力抑制nematic耦合但NMR谱线宽度保持不变，调和了NMR与拉曼光谱数据的矛盾。

ABSTRACT

The NMR spectrum of FeSe shows a dramatic broadening on cooling towards the bulk nematic phase at $T_s=90$ K, due to the formation of a quasi-static, short-range-ordered nematic domain structure. However, a quantitative understanding of the NMR broadening and its relationship to the nematic susceptibility is still lacking. Here, we show that the temperature and pressure dependence of the broadening is in quantitative agreement with the mean-field Edwards-Anderson parameter of an Ising-nematic model in the presence of random-field disorder introduced by non-magnetic impurities. Furthermore, these results reconcile the interpretation of NMR and Raman spectroscopy data in FeSe under pressure.

研究动机与目标

• 解决在静水压力下FeSe中nematic涨落的NMR与拉曼光谱数据之间的差异。
• 在无序nematic系统中，建立NMR谱线加宽与Edwards-Anderson参数之间的定量联系。
• 证明NMR谱线宽度在压力下保持不变是由于无序强度（σ）与压力无关，而非nematic涨落具有鲁棒性。
• 调和NMR的谱线宽度对压力不敏感与拉曼光谱中nematic涨落随压力快速抑制之间的表观矛盾。

提出的方法

• 将FeSe中的局域nematic序建模为具有位点依赖应变场hi的随机场Ising模型，其中hi服从宽度为σ的高斯分布。
• 从谱分布的二阶矩推导出NMR线宽ν，表明ν² = α²qEA，其中qEA为Edwards-Anderson参数。
• 对随机场Ising模型进行平均场分析，以计算qEA(T, σ)，捕捉其温度与无序依赖性。
• 通过ν = αqEA¹ᐟ²将NMR线宽与Edwards-Anderson参数关联，实现与实验FWHM数据的直接比较。
• 利用σ（无序强度）在压力下保持不变的特性，解释尽管Ts(p)减小，NMR线宽仍保持不变的原因。
• 将理论预测的qEA(T)与多个压力下的实验NMR线宽进行比较，实现定量一致。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何在静水压力下，尽管拉曼光谱观测到nematic涨落被抑制，FeSe的NMR谱线宽度仍保持不变？
• RQ2 在无序nematic系统中，NMR谱线加宽与Edwards-Anderson参数之间存在何种定量关系？
• RQ3 非磁性杂质作为随机场无序如何影响FeSe中观测到的NMR谱线宽度？
• RQ4 平均场随机场Ising模型能否定量描述FeSe中NMR加宽的温度与压力依赖性？
• RQ5 NMR谱线宽度在压力下保持不变是否意味着nematic涨落具有鲁棒性，还是仅因无序强度在压力下保持不变？

主要发现

• FeSe中的NMR谱线加宽可由随机场Ising模型的Edwards-Anderson参数qEA定量描述，且ν ∝ qEA¹ᐟ²。
• NMR谱线宽度在压力下保持不变，是因为无序强度σ（及相应qEA）与压力无关，而非nematic涨落具有鲁棒性。
• 该模型解释了NMR谱线宽度曲线的普遍压力坍缩现象，当按Ts(p)归一化后，所有数据点可统一归一到一条曲线上。
• 观测到的NMR加宽与nematic耦合在压力下被抑制一致，解决了与拉曼光谱数据的矛盾。
• 平均场随机场Ising模型与多个压力和温度下的实验NMR线宽表现出极佳的定量一致性。
• 结果表明，FeSe中的局域nematic序由非磁性杂质引起的随机场无序驱动，而非内在电子不稳定性。