Spin-polaron ladder spectrum of the spin-orbit-induced Mott insulator Sr2IrO4 probed by scanning tunneling spectroscopy

Publikation: Beitrag in FachzeitschriftForschungsartikelBeigetragenBegutachtung

Beitragende

  • Jose M. Guevara - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Zhixiang Sun - , Center for Transport and Devices of Emergent Materials (CTD), Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden, Tianjin University (Autor:in)
  • Ekaterina M. Pärschke - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden, University of Alabama at Birmingham (Autor:in)
  • Steffen Sykora - , Professur für Theoretische Festkörperphysik, Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Kaustuv Manna - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden, Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe (Autor:in)
  • Johannes Schoop - , Professur für Experimentelle Festkörperphysik (gB/IFW), Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Andrey Maljuk - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Sabine Wurmehl - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden, Technische Universität Dresden (Autor:in)
  • Jeroen Van Den Brink - , Professur für Festkörpertheorie (gB/IFW), Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Bernd Büchner - , Center for Transport and Devices of Emergent Materials (CTD), Professur für Experimentelle Festkörperphysik (gB/IFW), Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden, Technische Universität Dresden (Autor:in)
  • Christian Hess - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden, Technische Universität Dresden (Autor:in)

Abstract

The motion of doped electrons or holes in an antiferromagnetic lattice with strong on-site Coulomb interactions touches one of the most fundamental open problems in contemporary condensed matter physics. The doped charge may strongly couple to elementary spin excitations, resulting in a dressed quasiparticle which is subject to confinement. This "spin polaron" possesses internal degrees of freedom with a characteristic "ladder" excitation spectrum. Despite its fundamental importance for understanding higherature superconductivity, clear experimental spectroscopic signatures of these internal degrees of freedom are scarce. Here, we present scanning tunneling spectroscopy results of the spin-orbit-induced Mott insulator Sr2IrO4. Our spectroscopy data reveal distinct shoulder-like features for occupied and unoccupied states beyond a measured Mott gap of Δ≈620 meV. Using the self-consistent Born approximation we assign the anomalies in the unoccupied states to the spin-polaron ladder spectrum with excellent quantitative agreement and estimate the Coulomb repulsion U=2.05...2.28 eV in this material. These results confirm the strongly correlated electronic structure of this compound and underpin the previously conjectured paradigm of emergent unconventional superconductivity in doped Sr2IrO4.

Details

OriginalspracheEnglisch
Aufsatznummer121114
FachzeitschriftPhysical Review B
Jahrgang99
Ausgabenummer12
PublikationsstatusVeröffentlicht - 29 März 2019
Peer-Review-StatusJa