Magnetic-field Induced Pair Density Wave State in the Cuprate Vortex Halo
Stephen D. Edkins, Andrey Kostin, Kazuhiro Fujita, Andrew P. Mackenzie, Hiroshi Eisaki, Shin-Ichi Uchida, Subir Sachdev, Michael J. Lawler, Eun-Ah Kim, J. C. Sé… 展开作者
Stephen D. Edkins, Andrey Kostin, Kazuhiro Fujita, Andrew P. Mackenzie, Hiroshi Eisaki, Shin-Ichi Uchida, Subir Sachdev, Michael J. Lawler, Eun-Ah Kim, J. C. Séamus Davis, Mohammad H. Hamidian
发表信息：
Science 07 Jun 2019: Vol. 364, Issue 6444, pp. 976-980
当很强的磁场抑制低掺杂铜氧化物的超导电性时，会出现一种特殊的新电子相。它支持显着的和无法解释的量子振荡，并表现出一个身份不明的密度波（DW）状态。尽管由于观察到的电荷密度调制而通常被称为“电荷”密度波（CDW），但理论表明，这实际上可能是更难以捉摸的电子对密度波状态（PDW）。为了寻找在铜氧化物中场致PDW的证据，我们可视化了Bi $_2$ Sr $_2$ CaCu $_2$ O $_8$涡核周围晕内电子态密度$N(\bf{r})$的调制。这揭示了场致PDW的多个特征，包括在波矢$\bf{Q}_P$和$2\bf{Q}_P$处发生的两组$N(\bf{r})$调制，两者都具有主要的$s$对称形状因子，后者的振幅衰减速度是前者的两倍，以及在$\bf{Q}_P$处的诱导能隙调制。这样的微观现象是在详细的协议与理论场诱导的初级PDW产生二次CDW内的涡晕。这些数据表明，通过从欠掺杂的铜酸盐超导相增加磁场产生的基本状态实际上是具有大约8个CuO $_2$晶胞周期性（$λ= 8a_0$）和主要的$d$对称形状因子的PDW。
英文摘要：
When very high magnetic fields suppress the superconductivity in underdoped cuprates, an exceptional new electronic phase appears. It supports remarkable and unexplained quantum oscillations and exhibits an unidentified density wave (DW) state. Although generally referred to as a "charge" density wave (CDW) because of the observed charge density modulations, theory indicates that this could actually be the far more elusive electron-pair density wave state (PDW). To search for evidence of a field-induced PDW in cuprates, we visualize the modulations in the density of electronic states $N(\bf{r})$ within the halo surrounding Bi$_2$Sr$_2$CaCu$_2$O$_8$ vortex cores. This reveals multiple signatures of a field-induced PDW, including two sets of $N(\bf{r})$ modulations occurring at wavevectors $\bf{Q}_P$ and $2\bf{Q}_P$, both having predominantly $s$-symmetry form factors, the amplitude of the latter decaying twice as rapidly as the former, along with induced energy-gap modulations at $\bf{Q}_P$ . Such a microscopic phenomenology is in detailed agreement with theory for a field-induced primary PDW that generates secondary CDWs within the vortex halo. These data indicate that the fundamental state generated by increasing magnetic fields from the underdoped cuprate superconducting phase is actually a PDW with approximately eight CuO$_2$ unit-cell periodicity ($λ= 8a_0$) and predominantly $d$-symmetry form factor.
Magnetic field induced charge order in cuprate superconductors: an explanation by spin-vortex-induced loop currents
我们对最近观察到的铜氧化物超导体中的磁场诱导电荷有序现象提出了一种可能的解释（Edkins等~ arXiv：1802.04673 [cond-mat.supr-con]）。我们认为它是由磁场引起的超电流引起的自旋涡旋感应环电流（SVILC）的重组而产生的。重组是从$4a times 6a$自旋-涡旋四重态（$a$是CuO $_2$平面中的晶格常数，并且自旋-涡旋四重态是包含四个空穴、四个自旋-涡旋和四个SVILC的自旋-涡旋单元的稳定平铺）到$4a times 8a$自旋-涡旋四重态。这种重组的结果将导致$8a$电荷序的增强和$6a$电荷序的降低。前者已在实验中观察到，而后者尚未得到证实。然而，如果仔细重新检查实验结果，它可能会得到证实。
Vortex state microwave response in superconducting cuprates and MgB$_2$
研究了YBaPDMATHABMM Cu $_{3}$ O $_{7-δ}$、SmBaPDMATHABMM Cu $_{3}$ O $_{7-δ}$和MgB $_{2}$在涡旋态下的微波响应物理.我们首先回顾了在伦敦极限下涡旋态微波响应的理论基础。然后，我们提出了一个广泛的测量领域，温度和频率依赖性的涡旋态微波复电阻率在超导薄膜，测量谐振腔和扫频Corbino磁盘。这些技术的组合允许在这些创新的超导体中的涡旋状态的微波响应的全面描述。在所有材料的调查，我们表明，单独的磁通量运动不能考虑到所有观察到的实验特征，无论是在频率，也不是在外地的依赖性。这种差异可以通过考虑准粒子对涡旋态响应的贡献（通常被忽略）来解决。奇特的，虽然不同的，这里考虑的超导材料的物理学，即两个带超导在MgB $_{2}$和超导能隙与线的节点在铜酸盐，引起一个大幅度增加的贡献准粒子场相关的微波响应。通过对实验数据的综合分析，可以提取或推断出许多与涡旋态有关的有趣的物理量，如涡旋频率和涡旋粘度随温度的变化，准粒子密度随场的变化，MgB $_{2}$中$σ$带超流密度随温度的变化等
Large Hall angle of vortex motion in high-$T_c$ cuprate superconductors revealed by microwave flux-flow Hall effect
我们通过15.8 GHz的通量流霍尔效应测量研究了涡旋核心准粒子态的性质。测量了不同$B$ - $T$平衡相图的铜酸盐超导体Bi $_{2}$ Sr $_{2}$ CaCu $_{2}$ O $_{y}$和YBa $_{2}$ Cu $_{3}$ O $_{y}$单晶的磁通流霍尔效应。结果表明，在BSCCO中，霍尔角与磁场无关，在低温下达到一个数量级。然而，在YBCO中，即使在低温下，角度也随着磁场的增加而增加。我们理解，霍尔角的磁场依赖性的这种差异是由于钉扎影响的差异，钉扎影响的差异源于两种材料之间的涡旋状态（液体与固体）的差异。然而，作为一个共同的特点，这两种材料在低温下表现出较大的霍尔角正切，这是由一个数量级大于在有效的粘性阻力系数测量中获得的。我们讨论了起源的差异，无论是在可能的非线性的粘性阻力和可能隐藏的耗散机制。在我们的磁通流霍尔效应研究中发现，铜氧化物中的涡旋运动具有出乎意料的大霍尔角，这对超导体中量子化涡旋运动的基本认识提出了严重的问题，值得进一步研究。
Unconventional quantum vortex matter state hosts quantum oscillations in the underdoped high-temperature cuprate superconductors
欠掺杂铜氧化物的一个中心问题是赝能隙基态的性质。一个传统的金属基态的赝能隙区已被认为主机的超导序参量的破坏后，由适度的磁场的量子振荡。在这里，我们使用低施加的测量电流和毫开尔文温度的超纯单晶欠掺杂的YBa $_2$铜$_3$ O $_{6+x}$发掘出一种非常规的量子涡旋物质基态的特点是消失的电阻率，磁滞，和非欧姆电输运特性超出了最高的实验室可访问的静态场。现在需要一个新的赝能隙基态模型来解释在最大超导能隙存在的情况下，体量子涡旋物质态所承载的量子振荡，而不会经历相当大的额外阻尼;可能性包括对密度波。
Doping dependence of the vortex-core energy in bilayer films of cuprates
产生涡旋核所需的能量是解决欠掺杂铜酸盐中热涡旋波动物理学的基本成分。在这里，我们从理论上研究它的作用的发生Beresinskiii-Kosterlitz-无相变的双层膜的不均匀性。通过与Hetel等人[Nat.Phys.3，700（2007）]对Y $_{1-x}$ Ca $_{x}$ Ba $_{2}$ Cu $_{3}$ O $_{7-\d}$（YBCO）的两个晶胞薄膜中的穿透深度的最新测量的比较，我们可以提取涡旋芯能量$μ$的值，并且表明在低掺杂下$μ$与$T_c$线性地成比例。
Mixed-state microwave response in superconducting cuprates
本文报道了RE Ba $_{2}$ Cu $_{3}$ O $_{7-δ}$薄膜（RE = Y，Sm）的磁场感生微波复电阻率的测量结果。在48 GHz下通过端壁替换配置中的谐振腔进行测量。的磁场的依赖性进行了研究，通过施加一个中等（0.8 T）的磁场沿c轴。在已知的涡旋动力学模型内分析了YBa $_{2}$ Cu $_{3}$ O $_{7-δ}$和SmBa $_{2}$ Cu $_{3}$ O $_{7-δ}$中测量的涡旋态复电阻率。结果表明，归因于所观察到的响应涡运动单独导致不一致的确定涡参数（如涡粘度和钉扎常数）。相比之下，归因于整个响应场致对断裂导致的数据几乎定量的描述。
Magnetic-force-microscope study of interlayer "kinks" in individual vortices in underdoped cuprate YBa$_2$Cu$_3$O$_{6+x}$ superconductor
我们使用磁力显微镜的图像和操纵个别涡线线程单晶YBa $_2$铜$_3$ O $_{6.4}$，层状超导体。我们发现，当我们拉动一个固定涡的顶部时，它可能不会平滑地倾斜。有时，我们观察到一个漩涡分裂成离散的片段，可以描述为短叠的煎饼漩涡，类似于Benkraouda和Clem提出的“扭结”结构。定量分析给出了钉扎力和堆叠之间的耦合的估计。我们的测量突出了分层超导体中煎饼涡旋堆叠的离散性。
Nuclear Magnetic Resonance Studies of Vortices in High Temperature Superconductors
超导涡旋产生的局部磁场的独特分布可以用核磁共振（NMR）检测到，并用于研究极端II型超导性的涡旋和相关物理性质。综述了铜酸盐和磷属元素化物等高温超导体的研究进展。最近的实验结果，揭示了涡旋物质和新的电子状态的性质。例如，已经发现NMR光谱提供涡旋熔化转变的清晰指示。在涡旋固体中，已经报道了在铜酸盐中的频率依赖的自旋-晶格弛豫，包括YBa $_2$ Cu $_3$ O $_{7-x}$、Bi $_2$ SrCa $_2$ Cu $_2$ O $_{8+δ}$和Tl $_2$ Ba $_2$ CuO $_{6+δ}$。这些结果开创了一个新的光谱通过多普勒频移节准粒子的研究旋涡。在很高的磁场下，这种方法是研究涡核激发的一种很有前途的方法。这些测量已被用来量化的诱导自旋密度波附近的涡核在Bi $_2$ SrCa $_2$ Cu $_2$ O $_{8+δ}$。虽然铜酸盐有不同的超导序参量比砷化铁超导体，但它们之间有一些惊人的相似之处，关于涡旋动力学和频率依赖弛豫。
Persistence of vortexlike phase fluctuations in underdoped to heavily overdoped Bi-2201 cuprates
National High Magnetic Field Laboratory, Florida State University（美国国家高磁场实验室）；Western Kentucky University（西肯塔基大学）；Florida State University（佛罗里达州立大学）；Tohoku University（东北大学）
