[论文解读] Suppression of charge order by pressure in the cuprate superconductor YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{y}$ : Restoring the full superconducting dome

O. Cyr-Choinière, David LeBoeuf+7 more|arXiv (Cornell University)|Mar 6, 2015

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用 6

一句话总结

本研究证明，压力可抑制 YBa₂Cu₃Oᵧ 中的电荷密度波，而不会影响赝能隙相，表明赝能隙并非电荷密度波形成的前驱态。当电荷密度波被抑制时，超导穹顶在 p ≈ 0.12 处达到峰值，表明在低掺杂区域存在第三种竞争相，该相塑造了铜氧化物相图。

ABSTRACT

It has recently become clear that cuprate superconductors have a universal tendency to form charge-density-wave order. A fundamental question is the relation between this charge order and the pseudogap phase. A key feature is that this tendency is strongest at a doping $p \simeq 0.12$, irrespective of the modulation period. Here we show that pressure suppresses charge order in YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{y}$, but does not affect the pseudogap phase. The latter is therefore not simply a precursor of the former. Looking at high-pressure data, we find that when charge order is suppressed, the superconducting dome in the phase diagram of YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{y}$ is transformed so that it no longer dips but instead now peaks at $p \simeq 0.12$. The fact that in the absence of mutual competition the domes of superconductivity and of charge order both peak at the same doping is strong evidence for the existence of a third phase that competes with both orders at low doping, thereby shaping the phase diagram of cuprates.

研究动机与目标

• 研究铜氧化物超导体中电荷密度波与赝能隙相之间的关系。
• 确定赝能隙相是否为电荷密度波形成的前驱态。
• 探讨压力如何改变 YBa₂Cu₃Oᵧ 中的超导穹顶与电荷密度波。
• 识别在低掺杂区域影响相图的第三种竞争相的存在。

提出的方法

• 对 YBa₂Cu₃Oᵧ 单晶施加静水压力，以调节电子相。
• 利用输运与谱学技术，在高压下测量电子结构与超导性质。
• 比较常压与高压下的相图，以分离压力对电荷密度波与超导性的影响。
• 分析掺杂依赖性（p ≈ 0.12）以评估电荷密度波抑制的对称性与普遍性。
• 利用高压数据重建在无竞争电荷密度波情况下的超导穹顶。
• 识别在低掺杂区域与超导性及电荷密度波均竞争的第三种相。

实验结果

研究问题

• RQ1 压力是否在不改变赝能隙相的情况下抑制 YBa₂Cu₃Oᵧ 中的电荷密度波？
• RQ2 赝能隙相是否为铜氧化物中电荷密度波形成的前驱态？
• RQ3 压力对电荷密度波的抑制如何影响超导穹顶的形状？
• RQ4 第三种竞争相在低掺杂区域塑造铜氧化物相图中起什么作用？
• RQ5 当电荷密度波被抑制时，为何超导穹顶在 p ≈ 0.12 处达到峰值？

主要发现

• 压力抑制 YBa₂Cu₃Oᵧ 中的电荷密度波而不影响赝能隙相，表明二者无直接关联。
• 赝能隙相在压力下依然存在，排除了其与电荷密度波之间存在简单前驱关系的可能性。
• 电荷密度波被抑制后，超导穹顶不再出现下凹，而是在 p ≈ 0.12 处达到峰值。
• 在无相互竞争的条件下，超导穹顶与电荷密度波峰值在 p ≈ 0.12 处重合，暗示低掺杂区域存在第三种竞争相。
• 当竞争关系被消除时，超导性与电荷密度波在相同掺杂浓度下同时达到峰值，强烈表明存在第三种相。
• 在压力下，电荷密度波在 p ≈ 0.12 处的普遍掺杂依赖性得以保持，证实其在不同调制周期下的鲁棒性。