BiS $_2$基超导体的超导电性的本质一直是有争议的,而从头计算提出了这个系统非常接近电荷密度波(CDW)相。利用高能高通量X射线衍射,我们揭示了NdO $_{1-x}$ F $_{x}$ BiS $_2$超导体($x$ = 0.37和0.3)中与超导性共存的本征长程CDW相。NdO $_{0.63}$ F $_{0.37}$ BiS $_2$中的CDW波矢对应于Q $_{\rm{CDW}}$ =(0.17,0.17,0.5),并与横向原子位移有关。有趣的是,这个波矢不符合基于声子软化或费米表面嵌套的理论预期。在超导转变温度最高的NdO $_{0.7}$ F $_{0.3}$ BiS $_2$中,CDW伴线比NdO $_{0.63}$ F $_{0.37}$ BiS $_2$稍宽、稍弱,可能与超导竞争.最后,我们测量了整个超导转变温度的热漫散射,并没有发现有意义的变化,有利于非常规的配对机制。我们的结果表明,了解CDW的重要性,这可能持有的关键BiS $_2$为基础的超导体的超导电性。
英文摘要:
The nature of superconductivity in BiS$_2$-based superconductors has been controversial while ab-initio calculations proposed this system in close proximity to a charge-density-wave (CDW) phase. Using high-energy high-flux X-ray diffraction, we reveal an intrinsic and long-range CDW phase coexisting with superconductivity in NdO$_{1-x}$F$_{x}$BiS$_2$ superconductor ($x$ = 0.37 and 0.3). The CDW wavevector in NdO$_{0.63}$F$_{0.37}$BiS$_2$ correspond Q$_{\rm{CDW}}$ = (0.17, 0.17, 0.5) and is associated with transverse atomic displacements. Interestingly, this wavevector does not match theoretical expectations based on either phonon softening or Fermi surface nesting. In NdO$_{0.7}$F$_{0.3}$BiS$_2$, where the superconducting transition temperature is highest, the CDW satellites are slightly broader and weaker compared to NdO$_{0.63}$F$_{0.37}$BiS$_2$, possibly suggesting the competition with the superconductivity. Lastly, we measure a thermal diffuse scattering across the superconducting transition temperature and find no meaningful changes in favor of the unconventional pairing mechanism. Our result suggests the importance of understanding CDW which might hold a key to the superconductivity in the BiS$_2$-based superconductor.
Unravelling incommensurate magnetism and its emergence in iron-based superconductors
我们专注于一个广泛的类的tetraphenic巡回系统共享的趋势,自发形成的无公度磁性有序波矢$\mathbf{Q}_{1,2}=(π-δ,0)/(0,π-δ)$或$\mathbf{Q}_{1,2}=(π,δ)/(-δ,π)$。采用朗道方法,我们得到了通用的磁相图,并确定附近的顺磁磁转变的主导不稳定性。存在九种不同的磁相,它们要么保持顺磁相的$C_4$对称性,要么违反顺磁相的$C_4$对称性。这些是单和双$\mathbf{Q}$相,由单独或共存的磁条、螺旋和涡旋组成。这九个阶段可以区分实验极化中子散射,或者,例如,通过结合测量的感应电荷顺序和磁电耦合。在两个有代表性的五轨道模型,适用于BaFe $_2$作为$_2$和LaFeAsO,我们发现,这里讨论的无公度磁相是可访问的铁基超导体。我们的研究揭示了一组潜在的候选人的身份不明$C_2$对称磁相,最近观察到的Ba $_{1-x}$ Na $_x$ Fe $_{2}$ As $_{2}$。在稳定的相位中,我们发现了自旋旋转晶体,这是一种织构磁性$C_4$对称相。铁基超导体中织构磁序的可能实验观测,为实现本征拓扑超导体开辟了新的方向。
Incommensurate spin fluctuations in hole-overdoped superconductor KFe2As2
重空穴过掺杂超导KFe $_2$ As $_2$的中子散射研究揭示了在[$π(1\pm2δ$),0]处定义良好的低能无公度自旋涨落,其中$δ$ = 0.16。该无公度结构不同于先前在低能量下在电子掺杂的$A$ Fe $_2$ As $_2$($A$ = Ba、Ca或Sr)中观察到的公度峰。峰分裂的方向垂直于在Fe(Te,Se)或Ba(Fe,Co)$_2$ As $_2$中观察到的方向。能带结构计算表明,带间散射周围的$Γ$和X点的起源,这个不相称的峰。峰分裂的垂直方向可以在多轨道能带结构的框架内理解。结果表明,空穴掺杂样品中的自旋涨落比电子掺杂样品中的自旋涨落更强,这可能是重空穴掺杂样品中出现超导电性的原因.
Magnetic Coherence as a Universal Feature of Cuprate Superconductors
最近在La $_{2-x}$ Sr $_x$ CuO $_4$上的非弹性中子散射(INS)实验已经建立了{ \it磁相干效应}的存在,即,在超导相中,自旋磁化率$χ''$的强烈频率和动量依赖性变化。我们表明,使用的自旋费米子模型的无公度反铁磁自旋波动,磁相干效应建立的INS实验探测的铜酸盐的电子光谱的能力,在该效果产生的相互作用的无公度的磁响应,下面的费米面的形式,和d-波间隙的费米光谱的开放。特别是,我们发现,在INS实验中观察到的磁相干效应的La $_{2-x}$ Sr $_x$ CuO $_4$要求的费米表面被关闭周围$(π,π)$最佳掺杂。我们提出了几个预测的形式的磁相干效应在$_2$ $_3$ O $_{6+x}$,其中一个无公度的磁响应已被观察到的超导状态。
Evolution of Incommensurate Superstructure and Electronic Structure with Pb Substitution in (Bi$_{2-x}$Pb$_{x}$)Sr$_2$CaCu$_2$O$_{8+δ}$ Superconductors
采用移动溶剂浮区法生长了高质量的Bi $_{2-x}$ Pb $_{x}$ Sr $_2$ CaCu $_2$ O $_{8+δ}$(Bi 2212)单晶,并进行了不同Pb替代量($x=0-0.8$)的研究。用透射电子显微镜(TEM)和高分辨激光角分辨光电子能谱(ARPES)对样品进行了表征。首次揭示了Pb取代后电子结构和超结构的系统演化。超结构显示出显着的变化与铅取代和无公度调制矢量($\textbf{Q}$)随铅取代的增加而减小。同时,由ARPES测量得到的超结构强度也随着Pb浓度的增加而显著降低。Bi 2212中的超结构可以被Pb取代有效地抑制,当Pb取代为$x=0.8$时,超结构几乎消失。我们还发现,在ARPES测量的超结构带敏感地依赖于所使用的激光的光子能量,它们可以变得甚至比主带强时,使用10.897 eV的激光光子能量。这些结果为铋系高温超导体中无公度超结构的起源及其控制和抑制提供了重要信息。
Long-range incommensurate charge fluctuations in (Y,Nd)Ba2Cu3O(6+x)
有越来越多的迹象表明,超导性与铜酸盐超导体的其他订单竞争,但获得直接证据与体敏感探针是具有挑战性的。我们已经使用共振软X射线散射,以确定二维电荷波动与不相称的周期性的$\bf \sim 3.2$晶格单元的铜氧化物平面的超导体(Y,Nd)Ba $_2$铜$_3$ O $_{6+x}$与孔浓度$0.09 \leq p \leq 0.13$每个平面铜离子。当冷却到超导转变温度$T_c$时,波动信号的强度和相关长度强烈增加;进一步冷却到低于$T_c$时,电荷相关性的发散突然逆转。结合先前在自旋激发光谱中观察到的大间隙,这些数据表明了与超导性竞争的初期电荷密度波不稳定性。
Elastoresistivity in the incommensurate charge density wave phase of BaNi$_{\textrm{2}}$(As$_{\textrm{1-x}}$P$_{\textrm{x}}$)$_{\textrm{2}}$
电子向列性,即电子流体对晶格旋转对称性的破坏,是物质的一种迷人的量子态。最近,BaNi $_2$ As $_2$已成为一种有前途的候选人的一种新型的向列性触发的电荷波动。在这项工作中,我们仔细研究的电子向列性BaNi $_2$(作为$_{1-x}$ P $_x$)$_2$与$0 \leq x \leq 0.10$使用应变下的电子输运测量。我们报告了一个大的$B_{1g}$的弹性电阻系数,最大化的温度略高于一阶三斜晶系过渡,这对应于最近发现的四方到正交晶系过渡。报道的弹性电阻并不遵循典型的居里-外斯形式观察到的铁基超导体,但有一个更尖锐的温度依赖性与有限的弹性电阻onsetting只有连同一个强烈增强的不相称的电荷密度波的材料。因此,$B_{1g}$弹性电阻和相关的正交畸变在此表现为该无公度电荷密度波的性质。最后,我们报告和跟踪的滞后行为中看到的电阻与应变扫描,并解释其起源为钉扎的正交域。我们的研究结果修订的理解向列性,电荷密度波和结构扭曲在这种材料之间的相互作用。
Magnetic and Charge Fluctuations in High-$T_c$ Superconductors
用中子散射方法研究了YBaPDMATHABMM Cu $_3$ O $_{7-x}$和Bi $_2$ Sr $_2$ CaCu $_2$ O $_8$材料的自旋涨落.证据发现,这两个不相称的波动和相称的共振激发。对YBa $_2$ Cu $_3$ O $_{6.6}$的晶格动力学的测量表明,无公度结构似乎源于与自旋波动相关的电荷波动。
Anisotropy of incommensurate spin and charge fluctuations in detwinned YBa$_2$Cu$_3$O$_{6+δ}$
受最近的一个去孪晶YBa $_2$ Cu $_3$ O $_{6+δ}$超导体的中子散射实验的启发,我们研究了由平面和链之间的耦合引起的自旋和电荷涨落的各向异性的频率和掺杂的依赖性。从二维$t$-$t^{'}$ - $J$模型出发,采用随机相位近似(RPA),我们发现自旋通道中的无公度(IC)峰具有明显的各向异性,即在从$ω=0.2J$到共振频率$ω_r=0.35J$的宽频率范围内,$(π\pmδ,π)$方向的峰强度比$(π,π\pmδ)$方向的峰强度强.在谐振频率以上,IC峰重新出现。它们的强度向对角线方向移动,沿两个对角线方向不存在各向异性。我们发现,这种各向异性是强大的RPA校正因子和掺杂的可能变化。电荷波动也被发现是不相称的所有考虑的能量和峰值在$(0,δ)$和$(δ,0)$。IC峰强度沿$k_x$和$k_y$方向存在各向异性,但与自旋通道形成鲜明对比的是,IC峰的最大强度沿$k_y$方向。此外,在电荷通道中的IC峰呈现向上的分散,与自旋IC峰的自旋共振频率以下的向下分散相反。我们解释这些功能的基础上的平面链耦合的费米表面的拓扑结构的效果。
Evidence of a short-range incommensurate $d$-wave charge order from a fermionic two-loop renormalization group calculation of a 2D model with hot spots
Reconstructed Fermi surface and quantum oscillation of doped resonating valence bond state with incommensurate charge order in underdoped cuprates
最近的实验已经揭示了欠掺杂铜氧化物(如YBa $_2$ Cu $_3$ O $_{6+δ}$和HgBa $_2$ CuO $_{4+δ}$)中赝能隙区的非公度电荷密度波(CDW)。然而,它与pseudogap的关系仍然存在争议。在这项工作中,我们采取的掺杂共振价键(RVB)状态和CDW秩序的唯象综合。从Yang-Rice-Zhang Green函数对掺杂RVB态的解释[Phys. Rev. B { \bf 73},174501(2006)]出发,其中Fermi表面被反节点RVB能隙部分截断为四个节孔状Fermi口袋,我们证明了连接Fermi弧尖端的波矢处的CDW阶(热点)诱导费米表面重构,产生类电子费米口袋($α$轨道)和新的类空穴费米口袋($β$轨道)。$α$轨道是通过在热点处连接费米弧而形成的,并且它在量子振荡傅里叶光谱中占据主导地位,而$β$轨道是通过连接原始空穴的外部补丁而形成的,其光谱权重小得几乎为零。从磁场中的态密度振荡中提取了这些轨道所围成的区域,定量地与实验相符合。
Rotational symmetry breaking at the incommensurate charge-density-wave transition in Ba(Ni,Co)$_2$(As,P)$_2$: Possible nematic phase induced by charge/orbital fluctuations
高温超导体中的向列相变对这些系统的电子性质有很大的影响。BaFe $_2$ As $_2$和BaNi $_2$ As $_2$具有相同的四角晶系晶体结构,空间群类型为$I4/mmm$,BaFe $_2$ As $_2$是BaFe $_2$ As $_2$的非磁性类似物,在137 K附近具有由磁涨落引起的结构相变。与BaFe $_2$ As $_2$的正交低$T$相的共线条纹磁序不同,BaNi $_2$ As $_2$的三斜低$T$相的电荷密度波为单向波,并伴有扭曲的锯齿形磁链.在这里,我们表明,之间的高-和低- $T$相的Ba(Ni,Co)$_2$(As,P)$_2$的一个额外的阶段与破缺的四重对称性和$d_{xz}$轨道顺序存在,这是一个有前途的候选人的电荷/轨道波动诱导向列性。此外,我们的数据表明,增强的$T_{\rm c}$发现Ba(Ni,Co)$_2$(As,P)$_2$为更高的Co或P取代水平可能会导致抑制(扭曲)锯齿形链通过减少$d_{xy}$轨道的贡献。
Incommensurate phonon anomaly and the nature of charge density waves in cuprates
虽然电荷密度波(CDW)的不稳定性是普遍存在的超导铜酸盐,不同的有序波矢量在不同的铜酸盐家庭阻碍了统一的描述CDW的形成机制。本文研究了正则CDW有序铜氧化物La $_{1.875}$ Ba $_{0.125}$ CuO $_{4}$中低能声子的温度依赖性。我们发现与CDW关联相关的声子软化波矢在高温前体相中变得依赖于温度,并且从0.238倒易空间单位(r.l.u.)低于有序化转变温度达0.3~r.l.u.在300~K.这种高温行为表明,“214”型铜酸盐可以在与先前报道的非“214”型铜酸盐(如YBa $_{2}$ Cu $_{3}$ O $_{6+δ}$)中的CDW相关性相似的波矢处主持CDW相关性。这表明,铜酸盐CDW可能产生于相同的潜在的不稳定性,尽管它们显然不同的低温有序波矢量。