From a single-band metal to a high-temperature superconductor via two thermal phase transitions

単バンド金属から二つの熱相転移を伴った高温超伝導体

He, R.-H.*; 橋本 真*; Karapetyan, H.*; Koralek, J. D.*; Hinton, J. P.*; Testaud, J. P.*; Nathan, V.*; 吉田 良行*; Yao, H.*; 田中 清尚*; Meevasana, W.*; Moore, R. G.*; Lu, D. H.*; Mo, S.-K.*; 石角 元志; 永崎 洋*; Hussain, Z.*; Devereaux, T. P.*; Kivelson, S. A.*; Orenstein, J.*; Kapitulnik, A.*; Shen, Z. X.*

He, R.-H.*; Hashimoto, Makoto*; Karapetyan, H.*; Koralek, J. D.*; Hinton, J. P.*; Testaud, J. P.*; Nathan, V.*; Yoshida, Yoshiyuki*; Yao, H.*; Tanaka, Kiyohisa*; Meevasana, W.*; Moore, R. G.*; Lu, D. H.*; Mo, S.-K.*; Ishikado, Motoyuki; Eisaki, Hiroshi*; Hussain, Z.*; Devereaux, T. P.*; Kivelson, S. A.*; Orenstein, J.*; Kapitulnik, A.*; Shen, Z. X.*

高温超伝導体における擬ギャップ相の性質は凝縮系物理学における主な未解決問題である。われわれは同一の最適ドープのBi2201試料を用いて温度における擬ギャップ状態の始まりを三つの異なる手段(角度分解光電子分光,極カー効果,時間分解反射率)で調べた。温度から突然開始する、粒子-ホール非対称アンチノードギャップ,カー回転,超速緩和ダイナミクスが一致することを観測したが、それは相転移とコンシステントである。さらに温度を冷やすことで超伝導の兆候がTcに近づくにつれて成長し始め、エネルギー-運動量に依存した形で既に存在している擬ギャップの特徴と絡まり、共存する秩序の基底状態を先導する。

The nature of the pseudogap phase of cuprate high-temperature superconductors is a major unsolved problem in condensed matter physics. We studied the commencement of the pseudogap state at temperature using three different techniques (angle-resolved photoemission spectroscopy, polar Kerr effect, and time-resolved reflectivity) on the same optimally doped Bi2201 crystals. We observed the coincident, abrupt onset at of a particle-hole asymmetric antinodal gap in the electronic spectrum, a Kerr rotation in the reflected light polarization, and a change in the ultrafast relaxational dynamics, consistent with a phase transition. Upon further cooling, spectroscopic signatures of superconductivity begin to grow close to the superconducting transition temperature (), entangled in an energy-momentum dependent manner with the preexisting pseudogap features, ushering in a ground state with coexisting orders.