[论文解读] Stripe quadrupole order in the nematic phase of FeSe$_{1-x}$S$_x$

Weilu Zhang, Sixuan Wu+4 more|arXiv (Cornell University)|Oct 26, 2017

Iron-based superconductors research被引用 4

一句话总结

本研究通过偏振分辨电子拉曼光谱在FeSe$_{1-x}$S$_x$中识别出条纹四极矩序，揭示了低能准弹性峰（QEP）及具有四极矩对称性的电子连续谱。QEP在$T_S(x)$附近出现临界增强，且在温度低于$T_S(x)$时，连续谱中形成能隙，同时在$x \approx 0.15$处出现掺杂依赖的强度极大值，表明其具有类似平均场的序参量，确立了一种不具电荷或自旋调制的新型电荷序。

ABSTRACT

We use polarization-resolved electronic Raman spectroscopy to study charge dynamics in non-magnetic FeSe$_{1-x}$S$_x$ superconductor. We observe two features of the $XY$ quadrupole symmetry: a low-energy quasi-elastic peak (QEP) and an electronic continuum. The QEP exhibits critical enhancement upon cooling towards the structural transition at $T_S(x)$. Below $T_S(x)$, the QEP diminishes gradually, and a gap with temperature evolution reminiscent of a mean-field order parameter opens in the continuum. The intensity of the QEP develops with increasing sulfur doping $x$ and maximizes at $x\approx$ 0.15, while the gap magnitude decreases with the suppression of $T_S(x)$. We interpret the development of the gap in the quadrupole scattering channel as the formation of a stripe quadrupole order: a wave of quadrupole moment without charge or spin modulation.

研究动机与目标

• 研究非磁性FeSe$_{1-x}$S$_x$在向列相和结构相变下的电荷动力学。
• 利用对称性分辨光谱确定向列相中电子序的性质。
• 确定观测到的低能特征是否源于与自旋或电荷密度波不同的新型电荷序。
• 探索序参量的掺杂依赖性及其随$T_S(x)$的演化行为。

提出的方法

• 采用偏振分辨电子拉曼光谱探测FeSe$_{1-x}$S$_x$中的电子响应。
• 实验分离出$XY$四极矩对称性通道，以检测特定电子激发。
• 在$T_S(x)$附近进行温度依赖测量，追踪准弹性峰（QEP）和电子连续谱的演化。
• 分析QEP强度与连续谱能隙随掺杂$x$和温度的变化，以提取序参量行为。
• 基于类似平均场的序参量对数据进行解释，以推断电子序的性质。
• 通过对称性与光谱分析确认无自旋或电荷调制，支持纯四极矩序的存在。

实验结果

研究问题

• RQ1 在FeSe$_{1-x}$S$_x$的向列相中观测到的低能电子激发具有何种本质？
• RQ2 在$XY$四极矩通道中观测到的准弹性峰（QEP）与电子连续谱是否反映了具有平均场行为的相干序参量？
• RQ3 掺杂浓度$x$如何影响QEP的发展与连续谱中能隙的形成？
• RQ4 所观测到的序是否具有电荷、自旋或纯粹四极矩调制的特征？
• RQ5 结构相变温度$T_S(x)$与四极矩序的出现之间存在何种关系？

主要发现

• 在$XY$四极矩通道中，准弹性峰（QEP）在温度趋近$T_S(x)$时出现临界增强，表明序的临界趋近。
• 在$T_S(x)$以下，QEP逐渐减弱，而电子连续谱中出现与平均场序参量行为一致的温度依赖能隙。
• QEP强度随硫掺杂浓度$x$增加而增强，在$x \approx 0.15$处达到峰值，表明该掺杂浓度下序的最优形成条件。
• 连续谱中能隙的大小随$x$增加而减小，与$T_S(x)$的抑制趋势一致。
• 无电荷或自旋调制，结合对称性与掺杂依赖性分析，支持条纹四极矩序的出现——即一种不具电荷或自旋密度调制的四极矩矩波。
• 综合数据表明，FeSe$_{1-x}$S$_x$中存在一种与传统电荷或自旋密度波不同的新型电子序。