Hidden Order and Exotic Superconductivity in the Heavy-Fermion Compound URu2Si2

در این پایان نامه، نویسنده به بررسی انتقال فاز مرتبه پنهان در T₀ = 17.5 K در فرمیون سنگین URu_{2</ sub>Si2. شکست تقارن چرخشی چهار برابری در فاز نظم پنهان، که محدودیتی قوی بر مدل نظری تحمیل می‌کند، از طریق اندازه‌گیری گشتاور مغناطیسی مشاهده می‌شود. فاز تغییر ناپذیر ترجمه با تقارن چرخشی شکسته به این معنا تفسیر می شود که فاز مرتبه پنهان یک فاز "نماتیک" الکترونیکی است. مشاهده چنین نماتیکی در URu2Si2 نشان‌دهنده ماهیت فراگیر در میان سیستم‌های الکترونی به شدت همبسته است.}

نویسنده همچنین وضعیت ابررسانایی را مورد مطالعه قرار می‌دهد. URu₂Si₂ زیر T_c = 1.4 K، که همزمان با مرحله مرتبه پنهان وجود دارد. یک نفوذ گرداب عجیب و غریب در حالت ابررسانا یافت می‌شود که ممکن است مربوط به شکست تقارن چرخشی در فاز مرتبه پنهان باشد. نویسنده همچنین یک انتقال ذوب شبکه گردابی را شناسایی می کند. این مطالعه حمل و نقل، سرنخ‌های اساسی را برای موضوع اساسی دینامیک شبه ذره ارائه می‌کند که آیا حالت بلوخ شبه ذره در شبکه گرداب دوره‌ای تحقق می‌یابد.

In this thesis, the author investigates hidden-order phase transition at T₀ = 17.5 K in the heavy-fermion URu₂Si₂. The four-fold rotational symmetry breaking in the hidden order phase, which imposes a strong constraint on the theoretical model, is observed through the magnetic torque measurement. The translationally invariant phase with broken rotational symmetry is interpreted as meaning that the hidden-order phase is an electronic “nematic” phase. The observation of such nematicity in URu₂Si₂ indicates a ubiquitous nature among the strongly correlated electron systems.

The author also studies the superconducting state of URu₂Si₂ below T_c = 1.4 K, which coexists with the hidden-order phase. A peculiar vortex penetration in the superconducting state is found, which may be related to the rotational symmetry breaking in the hidden-order phase. The author also identifies a vortex lattice melting transition. This transport study provides essential clues to the underlying issue of quasiparticle dynamics as to whether a quasiparticle Bloch state is realized in the periodic vortex lattice.