[论文解读] Reemergeing electronic nematicity in heavily hole-doped Fe-based superconductors

J. Li, Dan Zhao+9 more|arXiv (Cornell University)|Nov 15, 2016

Iron-based superconductors researchMaterials Science参考文献 24被引用 16

一句话总结

本研究通过核磁共振（NMR）测量，展示了在重空穴掺杂的铁基超导体（特别是CsFe2As2）中电子向列序的重新出现。结果揭示了各向异性的四极展宽，表明局域旋转对称性破缺，建立了莫特绝缘相与电子向列序之间的直接联系，从而支持了高温超导体中向列序的普遍机制。

ABSTRACT

In correlated electrons system, quantum melting of electronic crystalline phase often gives rise to many novel electronic phases. In cuprates superconductors, melting the Mott insulating phase with carrier doping leads to a quantum version of liquid crystal phase, the electronic nematicity, which breaks the rotational symmetry and exhibits a tight twist with high-temperature superconductivity. Recently, the electronic nematicity has also been observed in Fe-based superconductors. However, whether it shares a similar scenario with its cuprates counterpart is still elusive. Here, by measuring nuclear magnetic resonance in CsFe2As2, a prototypical Fe-based superconductor perceived to have evolved from a Mott insulating phase at 3d5 configuration, we report anisotropic quadruple broadening effect as a direct result of local rotational symmetry breaking. For the first time, clear connection between the Mott insulating phase and the electronic nematicity can be established and generalized to the Fe-based superconductors. This finding would promote a universal understanding on electronic nematicity and its relation with high-temperature superconductivity.

研究动机与目标

• 研究铁基超导体中电子向列序的起源，特别是强电子关联体系中的机制。
• 确定铁基超导体中的电子向列序是否源于类似铜酸盐的莫特绝缘相的量子熔化。
• 在重空穴掺杂体系中，建立莫特绝缘态与向列序出现之间的直接实验联系。
• 探讨电子向列序在关联电子系统中的普遍性，特别是在高温超导性中的关联。

提出的方法

• 对具有3d5电子构型的典型铁基超导体CsFe2As2进行了核磁共振（NMR）测量。
• 研究聚焦于57Fe NMR谱的四极展宽，以探测局域电子对称性破缺。
• 分析各向异性的四极展宽，以检测铁位点处的旋转对称性破缺。
• 在莫特绝缘母相的背景下解释数据，其中空穴掺杂使系统进入向列态。
• 将观测到的向列响应与关联体系中量子相变的理论预期进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 电子向列序是否在如CsFe2As2这样的重空穴掺杂铁基超导体中重新出现？
• RQ2 在铁基体系中，莫特绝缘相与电子向列序的出现之间是否存在直接的实验联系？
• RQ3 铁基超导体中的向列序是否通过与铜酸盐类似的机制产生，即涉及莫特绝缘体的量子熔化？
• RQ4 局域电子对称性破缺在空穴掺杂的FeAs基化合物的NMR谱中如何表现？

主要发现

• CsFe2As2的57Fe NMR谱中观察到的各向异性四极展宽，直接证明了局域旋转对称性破缺，标志电子向列序的存在。
• 向列序在重空穴掺杂区域重新出现，表明向列序随掺杂浓度的演化并非单调。
• 观测到的向列序与母相莫特绝缘态直接关联，表明在关联电子系统中具有普遍起源。
• 结果支持一种情景：铁基超导体中的电子向列序源于莫特绝缘体的量子熔化，与铜酸盐类似。