Determination of the berry phase in the staggered loop current model of the pseudogap in the cuprates

High-temperature superconductivity in the cuprates has been at the heart of many debates since its discovery more than 30 years ago. No consensus has been reached yet about the underlying physics, but plausible descriptions usually fall into two categories each carrying various propositions. The quantum oscillations data acquired over the past few years for the normal state of the cuprates under a strong magnetic field has recently been used to obtain the electronic Berry phase of different compounds, which manifests through the phase mismatch in quantum oscillations. This analysis revealed an electronic Berry phase of 0 mod 2 pi in three hole-doped compounds and 1.4 pi mod 2 pi in one electron-doped compound. To investigate mysterious pseudogap phase of the cuprates, the theoretical candidate known as the circulating current state of Varma as approached by Bulut is analyzed to numerically evaluate through a semiclassical approach the electronic Berry phase in this normal state. Under a typical parameter set in line with experimental data, a phase of pi is found. A comparison of the semiclassical approach with the Peierls substitution applied to this model confirms this result and further leads to an uncertainty on the phase of order 0.01 pi. Hence, the circulating current state is incompatible with quantum oscillations data according to the Berry phase.La supraconductivité à haute température dans les cuprates a été au coeur de plusieurs débats depuis sa découverte il y a plus de 30 ans. Aucun consensus n’a été établi jusqu’à maintenant à propos de la physique sous-jacente, mais les descriptions plausibles sont généralement classées sous deux catégories possédant chacune diverses propositions. Les données acquises au cours des dernières années sur les oscillations quantiques pour l’état normal des cuprates sous un fort champ magnétique ont récemment été utilisées pour obtenir la phase électronique de Berry de différentes substances, se manifestant à travers le déphasage des oscillations quantiques. Cette analyse a révélé une phase électronique de Berry de 0 mod 2 pi dans trois substances dopées aux trous et de 1.4 pi mod 2 pi dans une substance dopée aux électrons. Pour étudier la mystérieuse phase pseudogap des cuprates, le candidat théorique connu comme étant la phase de courant circulant de Varma tel qu’approché par Bulut est analysé pour évaluer numériquement au travers d’une approche semi-classique la phase électronique de Berry de cet état normal. En fonction d’un ensemble typique de paramètres s’accordant avec les données expérimentales, une phase de pi est trouvée. Une comparaison de l’approche semi-classique avec la substitution de Peierls appliquée à ce modèle confirme ce résultat et implique additionellement une incertitude quant à la phase de l’ordre de 0.01 pi. Par conséquent, la phase de courant circulant est incompatible avec les données d’oscillations quantiques en terme de la phase de Berry