Enhanced superconductivity and ferroelectric quantum criticality in plastically deformed strontium titanate

凝聚态物理 铁电性 超导电性 材料科学 中子散射 变形(气象学) 量子 位错 散射 钛酸锶 物理 电介质 复合材料 光学 光电子学 量子力学
作者
Sajna Hameed,Damjan Pelc,Zach Anderson,Avraham Klein,R. J. Spieker,Li Yue,Bhaskar Das,Justin Ramberger,Marin Lukas,Yaohua Liu,Matthew Krogstad,R. Osborn,Yuan Li,Chris Leighton,Rafael M. Fernandes,M. Greven
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:21 (1): 54-61 被引量:67
标识
DOI:10.1038/s41563-021-01102-3
摘要

The properties of quantum materials are commonly tuned using experimental variables such as pressure, magnetic field and doping. Here we explore a different approach using irreversible, plastic deformation of single crystals. We show that compressive plastic deformation induces low-dimensional superconductivity well above the superconducting transition temperature (Tc) of undeformed SrTiO3, with evidence of possible superconducting correlations at temperatures two orders of magnitude above the bulk Tc. The enhanced superconductivity is correlated with the appearance of self-organized dislocation structures, as revealed by diffuse neutron and X-ray scattering. We also observe deformation-induced signatures of quantum-critical ferroelectric fluctuations and inhomogeneous ferroelectric order using Raman scattering. Our results suggest that strain surrounding the self-organized dislocation structures induces local ferroelectricity and quantum-critical dynamics that strongly influence Tc, consistent with a theory of superconductivity enhanced by soft polar fluctuations. Our results demonstrate the potential of plastic deformation and dislocation engineering for the manipulation of electronic properties of quantum materials. Plastic deformation is shown to tune the quantum degrees of freedom in SrTiO3.
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