[정새결 박사, 김창영 교수] 임계 도핑 너머의 구리기반 초전도체에서의 자발적 거울 대칭성 깨짐 보고 (Nature physics 논문 게재)
“Spontaneous breaking of mirror symmetry in a cuprate beyond critical doping”
고온 초전도 현상을 나타내는 물질에서 정렬된 상과 그 기본 대칭성을 확인하는 것은 고온 초전도 현상의 미시원리을 이해하는 매우 중요한 단계이다. 실제로 이러한 정렬된 상들의 상 전이 및 각 상의 특성은 고온 초전도 미시원리와 밀접한 관계가 있을 것으로 믿어지고 있다. 따라서, 고온 초전도체의 정확한 상평형도(phase diagram)를 얻는 것은 고온 초전도 연구의 가장 핵심적인 부분이라 할 수 있다.지금까지 받아들여지고 있는 고온 초전도의 상평형도에서는 임계 도핑(critical doping) 너머에서는 정렬성이 없는 양자 비정렬 상태 (quantum disordered state) 만이 존재한다고 믿어져 왔다. 하지만 이차 고조파 생성(Second Harmonic Generation)을 이용한 분광학적 연구결과는 임계 도핑(critical doping) 너머에 특정한 정렬성을 가지는 새로운 상이 존재함을 보여 주었다. 구체적으로는, 대표적인 구리기반 고온 초전도체 (Bi,Pb)2Sr2CaCu2O8+δ의 페르미 액체(Fermi liquid) 유사 상 내부에서 거울 대칭이 깨진 것이 관측되었다. 이러한 결과는 구리기반 초전도체의 양자 임계점 상평형도 (Quantum critical point phase diagram)에 대해 새로운 관점을 제시하고, 임계도핑 너머 미지의 영역에 대한 학계의 연구 방향성을 설정하는 이정표의 역할을 할 것이다. 결과적으로, 기존의 오랜 연구 페러다임에 획기적인 전환을 가져옴으로써 물리학계의 오랜 난제인 고온 초전도 현상의 미시원리를 규명하는데에 있어 하나의 주요한 토대가 되어 줄 것으로 기대한다.
이 결과는 그 중요성을 인정받아 News & Views 에 소개 되었다. https://www.nature.com/articles/s41567-024-02602-0
이 결과는 그 중요성을 인정받아 News & Views 에 소개 되었다. https://www.nature.com/articles/s41567-024-02602-0
Identifying ordered phases and their underlying symmetries in materials that exhibit high-temperature superconductivity is an important step towards understanding the mechanism of that phenomenon. Indeed, the critical behaviour related to phase transitions of those ordered phases is expected to be correlated with the superconductivity. In cuprate materials, efforts to find such ordered phases have mainly focused on symmetry breaking in the pseudogap region while the Fermi liquid-like metallic region beyond the so-called critical doping at which pseudogap disappears has been regarded as a trivial disordered state. Here, we uncover a broken mirror symmetry in the Fermi liquid-like phase in (Bi,Pb)2Sr2CaCu2O8+δ beyond the critical doping. We do this by tracking the temperature dependence of the rotational anisotropy of second harmonic generation for two different dopings. We observe behaviour reminiscent of an order parameter with an onset temperature that coincides with the strange metal to Fermi liquid-like-metal crossover. Angle-resolved photoemission shows that the quasiparticle coherence between CuO2 bilayers is enhanced in proportion to the symmetry-breaking response as a function of temperature, suggesting that the change in metallicity and symmetry breaking are linked. These observations contradict the conventional quantum disordered scenario for over-critical-doped cuprates.
Authors: Saegyeol Jung (서울대), Byeongjun Seok, Chang jae Roh, Younsik Kim, Donghan Kim, Yeonjae Lee, San Kang, Shigeyuki Ishida, Shik Shin, Hiroshi Eisaki, Tae Won Noh, Dongjoon Song*(UBC) and Changyoung Kim*(서울대)
Publication date: 2 August 2024