[论文解读] Evidence for unusual superconducting correlations coexisting with stripe order in La(1.875)Ba(0.125)CuO(4)

J. M. Tranquada, G. D. Gu+11 more|arXiv (Cornell University)|Sep 3, 2008

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用 14

一句话总结

本研究通过结合X射线与中子散射、热力学及输运测量，提供了La1.875Ba0.125CuO4中二维超导关联与条纹序共存的证据。结果表明，存在一种正弦调制的超导态，与条纹序相容，解释了尽管配对关联强烈，却未出现三维超导性的原因。

ABSTRACT

We present new x-ray and neutron scattering measurements of stripe order in La(1.875)Ba(0.125)CuO(4), along with low-field susceptibility, thermal conductivity, and specific heat data. We compare these with previously reported results for resistivity and thermopower. Temperature-dependent features indicating transitions (or crossovers) are correlated among the various experimental quantities. Taking into account recent spectroscopic studies, we argue that the most likely interpretation of the complete collection of results is that an unusual form of two-dimensional superconducting correlations appears together with the onset of spin-stripe order. Recent theoretical proposals for a sinusoidally-modulated superconducting state compatible with stripe order provide an intriguing explanation of our results and motivate further experimental tests. We also discuss evidence for one-dimensional pairing correlations that appear together with the charge order. With regard to the overall phenomenology, we consider the degree to which similar behavior may have been observed in other cuprates, and describe possible connections to various puzzling phenomena in cuprate superconductors.

研究动机与目标

• 利用多种实验探针研究La1.875Ba0.125CuO4中超导关联与条纹序的共存行为。
• 解决条纹序与超导性之间的表观矛盾，特别是当条纹序温度最高时Tc却最小这一现象。
• 确定非常规超导配对机制（如正弦调制态）是否可解释观测到的二维超导关联。
• 探讨电荷序存在下一维配对关联的作用。
• 评估这些发现对其他表现出类似现象的铜氧化物的普遍意义。

提出的方法

• 通过高分辨率X射线与中子散射探测La1.875Ba0.125CuO4中静态条纹序及其温度依赖性。
• 测量低场磁化率、热导率和比热，以识别相变点与电子响应特征。
• 将输运性质（电阻率、热电功率）的温度依赖异常与热力学及散射数据相关联，以识别共同的相变温度。
• 结合近期谱学数据（如角分辨光电子能谱ARPES、光学电导率）评估超导能隙的存在与性质。
• 评估与条纹序相容的正弦调制超导态理论模型，以解释实验观测结果。
• 将结果与La2CuO4.11及其他过掺杂LSCO薄膜进行比较，评估所观察现象的普适性。

实验结果

研究问题

• RQ1 尽管三维超导性被抑制，La1.875Ba0.125CuO4中二维超导关联是否仍与条纹序共存？
• RQ2 在条纹序存在下，超导配对的性质是什么？其与常规d波配对有何不同？
• RQ3 观测到的二维超导关联是否可由一种最小化与自旋条纹重叠的正弦调制超导态来解释？
• RQ4 在一维配对关联与电荷序共存的情况下，其在整体超导机制中扮演何种角色？
• RQ5 条纹序与超导关联的共存是否是欠掺杂铜氧化物中的普遍特征？

主要发现

• 在X射线与中子散射、电阻率、热电功率、磁化率、热导率和比热数据中，均一致观测到与相变或交叉转变相关的温度依赖特征。
• 热力学与输运测量表明，二维超导关联与条纹序在至少40 K以内共存。
• 自旋条纹序的出现与面内光学电导率中异常能隙的出现相关，表明在体超导转变之前已存在配对关联。
• 在条纹序相中，高于Tc的谱学证据显示存在类似d波的能隙，进一步支持超导关联的存在。
• 正弦调制超导态的理论模型与实验数据相容，为约瑟夫森耦合受阻及无三维超导性的现象提供了合理解释。
• 在电荷序存在下，观测到一维配对关联的证据，表明电荷、自旋与超导自由度之间存在复杂相互作用。