Charge density fluctuations in unconventional cuprate superconductors : a comparative analysis between experimental data and theoretical model

This thesis is developed in the context of the study of cuprate superconductors: a promising class of high-Tc superconductors, by means of Resonant Inelastic X-ray Scattering (RIXS). RIXS measurements of cuprates show a variety of interesting phenomena, among which are charge density waves (CDW) and recently discovered charge density fluctuations (CDF): two rather exotic types of charge order exci- tations which still lack a widely accepted theoretical description. The purpose of this thesis is to develop the computational analysis of a recently proposed model by first running simulations with reasonable guesses of parameters, and then, most im- portantly, extracting a range of physically relevant parameters through a global fit of experimental data collected at various temperatures on high quality YBCO and BSCCO samples. Results encouraged an exciting discussion regarding the physics behind charge density modulations and their interplay with other phenomena, and yielded promising matches between theory and experiment in the whole temperature range under scrutiny.

Questa tesi si sviluppa nel contesto dello studio dei cuprati superconduttori: una promettente classe di superconduttori ad alta temperatura critica, tramite lo scatter- ing risonante ed inelastico di raggi X (RIXS). Le misure RIXS sui cuprati mostrano una gran varietà di fenomeni interessanti, tra i quali troviamo le ”charge density waves” (CDW), i.e. onde di densità di carica, e le ”charge density fluctuations” (CDF), più recentemente scoperte: due tipi piuttosto esotici di eccitazioni dell’ordine di carica per i quali ancora non esiste una descrizione teorica ampiamente condivisa. Lo scopo di questa tesi è quindi quello di sviluppare un’analisi computazionale di un modello recentemente proposto, tramite -in primo luogo- una simulazione facente uso di un set ragionevole di parametri e -in secondo luogo- estraendo dei parametri fisica- mente rilevanti attraverso un fitting globale dei dati sperimentali, raccolti a diverse temperature su campioni di YBCO e BSCCO (ad alta qualità). I risultati ottenuti hanno incoraggiato una stimolante discussione in merito alla fisica delle modulazioni della densità di carica elettronica e delle loro interazioni con altri fenomeni fisici, e hanno prodotto interessanti corrispondenze tra teoria ed esperimento nell’intero intervallo di temperature preso in considerazione.