Оптическая спектроскопия антиферромагнитных корреляций и страйпового состояния в сверхпроводнике YBa₂Cu₃O₆₊x

Abstract

Представлены результаты измерений температурных зависимостей спектров поглощения пленок YBa2Cu3O6+х в антиферромагнитной (АФ) и металлической (сверхпроводящей, Тc = 88 К) фазах. В области энергий 1,3-2,6 эВ исследована температурная эволюция полос поглощения, которые диагностируют электронные и спиновые корреляции, а также степень металлизации (кислородно-медной гибридизации). Показано, что в металлической фазе в псевдощелевом состоянии ниже Т * = 120±10 К достаточно резко возникают полосы поглощения, присущие АФ фазе, в том числе электрон-двухмагнонная (А+J)-полоса, отражающая развитие сильных АФ корреляций. В отличие от диэлектрика (A+J)-полоса имеет тонкую структуру, связанную с рождением как взаимодействующих, так и невзаимодействующих магнонов. При этом она сосуществует с полосами, обусловленными сильной металлизацией. Полученные результаты доказывают фазовое расслоение при Tc < T < T * с образованием страйповой сверхструктуры, состоящей из металлических и диэлектрических (с ближним АФ упорядочением) областей. Эта сверхструктура сохраняется в сверхпроводящем (СП) состоянии, причем на СП переходе происходит дополнительное усиление АФ корреляций. Совокупность результатов дает независимые оптические свидетельства в пользу несомненного участия АФ корреляций в сверхпроводимости.

Наведено результати вимірів температурних залежностей спектрів поглинання плівок YBa2Cu3O6+x в антиферомагнітній (АФ) та металічній (надпровідній, Tc = 88 К) фазах. В області енергій 1,3–2,6 еВ дослiджено температурну еволюцію смуг поглинання, які діагностують електронні та спінові кореляції, а також ступінь металізації (киснево-мідної гібридизації). Показано, що в металічній фазі у псевдощілинному стані нижче T* = 120±10 К досить різко виникають смуги поглинання, що притаманні АФ фазі, у тому числі електрон-двомагнонна (A+J)-смуга, яка відображає розвиток сильних АФ кореляцій. На відміну від діелектрика (A+J)-смуга має тонку структуру, пов’язану з народженням як взаємодіючих, так і невзаємодіючих магнонів. При цьому вона співіснує зі смугами, що обумовлені сильною металізацією. Отримані результати доводять фазове розшарування при Tc < T < T* з утворенням страйпової надструктури з металічних та діелектричних (з близьким АФ упорядкуванням) областей. Ця надструктура зберігається у надпровідному (НП) стані, причому на НП переході відбувається додаткове посилення АФ кореляцій. Сукупність результатів дає незалежні оптичні свідоцтва на користь безперечної участі АФ кореляцій у надпровідності.

Results of measurements of the temperature dependence of the absorption spectra of YBa2Cu3O6+x films in the antiferromagnetic and metallic (superconducting, Tc=88 K) phases are presented. The temperature evolution of the absorption bands, which are diagnostic for the electron and spin correlations and the degree of metallization (oxygen–copper hybridization), is investigated in the energy region 1.3–2.6 eV. It is shown that in the metallic phase in the pseudogap state below T*=120±10 K there is a sharp rise of these absorption bands characteristic of the antiferromagnetic (AF) phase, including the electron–two-magnon (A+J) band, which reflects the development of strong AF correlations. In contrast to the insulator, here the (A+J) band has a fine structure due to the creation of both interacting and noninteracting magnons, and it coexists with the bands due to the strong metallization. The results demonstrate phase separation at Tc<T<T*, with the formation of a stripe superstructure consisting of metallic and insulating (with short-range antiferromagnetic ordering) regions. This superstructure is preserved in the superconducting state, and an additional enhancement of the AF correlations occurs at the superconducting transition. Taken together, the results provide independent optical evidence of the undoubted participation of AF correlations in the superconductivity.