[论文解读] Pole structure of the electronic self-energy with coexistence of Charge order and Superconductivity

Maxence Grandadam, C. Pépin|arXiv (Cornell University)|Dec 21, 2020

Physics of Superconductivity and Magnetism参考文献 43被引用 3

一句话总结

该论文提出，铜氧化物中电子自能的异常能级结构——在低 doping 条件下通过簇动态平均场理论（CDMFT）计算所观察到——源于电荷密度波（CDW）与超导（SC）序共存，其描述基于分数化成对密度波（PDW）模型。通过采用与调制 CDW 序相关的类隐费米子形式描述自能，作者再现了数值模拟与角分辨光电子能谱（ARPES）实验中观察到的非对称能级结构及谱学特征，特别是在超导转变温度 Tc 以下的反节点区域。

ABSTRACT

We compare the pole structure of the electronic Green's function obtained by Cluster Dynamical Mean Field Theory to the results from the fractionalized Pair Density Wave idea. In the superconducting phase, we can consider the system in a state with coexistence of Superconducting and Charge order. Writing the Green's function in a way analogous to the previously proposed "hidden-fermions" model from S. Sakai et al (2016) leads to a similar pole structure for the self-energy. The fractionalization of the Pair Density Wave order also describes the pseudogap phase as a superposition of superconducting and charge order fluctuations. Considering a phenomenological lifetime for the particle-particle and particle-hole pairs leads to an electronic spectral function that matches the numerical results.

研究动机与目标

• 解释在低掺杂条件下 Hubbard 模型的 CDMFT 模拟中观察到的电子自能中不寻常的能级结构。
• 研究赝隙相与超导态是否可通过包含共存电荷序与超导性的共同机制统一。
• 检验分数化 PDW 模型是否能再现数值与实验数据中观察到的谱学特征，该模型描述了调制的粒子-粒子对。
• 通过将隐费米子识别为调制 CDW 激发，建立隐费米子模型与 CDW-SC 共存图像之间的联系。
• 证明对粒子-粒子与粒子-空穴对引入经验寿命展宽，可导致与 CDMFT 结果匹配的谱函数。

提出的方法

• 采用 2×2 簇的动态平均场理论（CDMFT）扩展方法，计算低掺杂条件下 Hubbard 模型中的电子格林函数与自能。
• 将格林函数分解为正常（ΣN）与异常（ΣAN）自能分量，后者与超导序相关。
• 以类隐费米子模型的形式表述自能，其中电子与与调制 CDW 序相关的‘隐’费米子模式耦合。
• 引入分数化 PDW 框架，将 CDW 与 SC 序描述为单一底层 PDW 有序参数的涨落。
• 对粒子-粒子与粒子-空穴对引入经验有限寿命，以模拟阻尼效应并匹配数值结果中的谱展宽。
• 将所得电子谱函数 A(k, ω) 与 CDMFT 数据及 ARPES 测量结果进行比较，特别关注动量点 k = (0, π) 处的反节点区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 CDMFT 模拟在 Tc 以下观察到的正常自能中非对称能级结构，是否可由共存的 CDW 与 SC 序解释？
• RQ2 分数化 PDW 模型是否能再现赝隙相与超导相中观察到的谱学特征，该模型统一了 CDW 与 SC 涨落？
• RQ3 隐费米子模型成功描述 CDMFT 结果，其原因是否源于底层 CDW 序，而非抽象辅助自由度？
• RQ4 对库珀对与电荷涨落引入经验寿命，在多大程度上能再现电子谱函数中的阻尼与展宽？
• RQ5 自能中的能级位置与权重如何与 ARPES 实验在反节点区域观察到的谱学特征相关联？

主要发现

• 在反节点动量点 k = (0, π) 处，CDMFT 计算的正常自能表现出两个低能孤立能级，其谱权重具有强烈不对称性，正能级权重占优。
• 异常自能显示出与正常部分相同位置的能级对，但权重分布呈反称，与超导配对一致。
• 电子谱函数 A(k, ω) 展现出三个显著特征：负能区一个尖锐峰，正能区两个展宽峰，与 CDMFT 结果一致。
• 当将类隐费米子形式与调制 CDW 序关联时，其在自能中重现了 CDMFT 所见的能级结构，尤其在反节点区域。
• 分数化 PDW 模型成功将赝隙相描述为 SC 与 CDW 涨落的叠加，再现了谱函数在动量、能量与温度依赖性上的特征。
• 对粒子-粒子与粒子-空穴对引入经验寿命后，得到的阻尼谱函数与 CDMFT 结果及 ARPES 观测结果定量匹配。