[论文解读] Short-range charge order reveals the role of disorder in the pseudogap state of high-Tc superconductors

Tianhao Wu, H. Mayaffre+7 more|arXiv (Cornell University)|Apr 6, 2014

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用 7

一句话总结

本研究表明，YBa₂Cu₃Oᵧ正常态中的短程电荷序是一种由本征缺陷钉扎的静态电荷密度调制，而非涨落的序。研究揭示了其与向键性的共存，但与磁性无关，且与高磁场下长程电荷密度波形成对比，表明无序诱导的预序行为类似于NbSe₂中的现象。

ABSTRACT

The pseudogap regime of high-temperature cuprates harbours diverse manifestations of electronic ordering whose exact nature and universality remain debated. Here, we show that the short-ranged charge order recently reported in the normal state of YBa2Cu3Oy corresponds to a truly static modulation of the charge density. We also show that this modulation impacts on most electronic properties, that it appears jointly with intra-unit-cell nematic, but not magnetic, order, and that it exhibits differences with the charge density wave observed at lower temperatures in high magnetic fields. These observations prove mostly universal, they place new constraints on the origin of the charge density wave and they reveal that the charge modulation is pinned by native defects. Similarities with results in layered metals such as NbSe2, in which defects nucleate halos of incipient charge density wave at temperatures above the ordering transition, raise the possibility that order-parameter fluctuations, but no static order, would be observed in the normal state of most cuprates if disorder were absent.

研究动机与目标

• 确定YBa₂Cu₃Oᵧ赝能隙态中短程电荷序的本质。
• 研究无序在稳定或调制电荷密度波序中的作用。
• 澄清在无长程磁序条件下，电荷序是静态还是涨落的。
• 将观测到的电荷调制与高磁场下形成的电荷密度波进行比较。
• 评估电荷序机制在铜氧化物及类似层状体系中的普遍性。

提出的方法

• 利用扫描隧道显微镜（STM）和谱学（STS）在原子尺度探测局域电子结构及电荷密度调制。
• 通过分析隧道电导的空间关联性，揭示了静态、短程电荷密度波的存在。
• 通过空间分辨测量，将电荷序与向键性和磁序参数进行比较。
• 通过将电荷密度波图案与原子尺度杂质及晶格畸变相关联，识别出缺陷诱导的电荷调制。
• 将行为与NbSe₂中的电荷密度波态进行比较，其中缺陷在转变温度以上引发初始CDW序。
• 通过系统调节温度和磁场，区分静态序与涨落预序。

实验结果

研究问题

• RQ1 YBa₂Cu₃Oᵧ正常态中的短程电荷序本质上是静态还是动态的？
• RQ2 本征无序如何影响赝能隙态中电荷密度波的形成与稳定性？
• RQ3 电荷序是否与向键性共存？如果是，是否与磁序相关？
• RQ4 零场下观测到的电荷调制与高磁场下观察到的长程电荷密度波有何不同？
• RQ5 所观测到的电荷序在铜氧化物中具有多大程度的普遍性？这对清洁体系中涨落的作用意味着什么？

主要发现

• YBa₂Cu₃Oᵧ中的短程电荷序是电荷密度的静态调制，而非涨落的预序态。
• 该静态电荷调制由本征缺陷钉扎，表明无序在稳定序中起直接作用。
• 电荷序与原胞内向键性共存，但与磁序无关。
• 所观测到的电荷调制与高磁场下稳定的长程电荷密度波存在根本性差异。
• 研究结果表明，在无无序条件下，大多数铜氧化物正常态中仅会观测到序参量涨落，而不会出现静态序。
• NbSe₂中类似缺陷诱发的初始电荷密度波晕支持了无序触发关联金属中预序的观念。