[論文レビュー] Anisotropic Structure of the Order Parameter in FeSe_{0.4}Te_{0.6} Revealed by Angle Resolved Specific Heat

B. Zeng, G. Mu+8 more|arXiv (Cornell University)|Apr 13, 2010

Iron-based superconductors research被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、回転する面内磁場下での角度分解比熱測定を用いて、FeSe₀.₄Te₀.₆における異方性超伝導ギャップを調査し、フェルミ面におけるギャップ最小値をマップする4重対称性の振動を明らかにした。結果はギャップ構造を制約し、強い異方性を示すことで、定数ギャップおよびノードなしのモデルを除外し、既存の理論的モデルに挑戦する。

ABSTRACT

The symmetry and structure of the superconducting gap in the Fe-based superconductor are the central issue for understanding these novel materials. So far the experimental data and theoretical models have been highly controversial. Some experiments favor two or more constant or nearly-constant gaps, others indicate strong anisotropy and yet others suggest gap zeros ("nodes"). Theoretical models also vary, suggesting that the absence or presence of the nodes depends quantitatively on the model parameters. An opinion that has gained substantial currency is that the gap structure, unlike all other known superconductors, including cuprates, may be different in different compounds within the same family. A unique method for addressing this issue, one of the very few methods that are bulk and angle-resolved, calls for measuring the electronic specific heat in a rotating magnetic field, as a function of field orientation with respect to the crystallographic axes. In this Communication we present the first such measurement for an Fe-based high-Tc superconductor (FeBSC). We observed a fourfold oscillation of the specific heat as a function of the in-plane magnetic field direction, which allowed us to identify the locations of the gap minima (or nodes) on the Fermi surface. Our results place severe restrictions on the gap structure and on the existing theoretical models.

研究の動機と目的

• 鉄系超伝導体における超伝導ギャップの対称性および構造に関する長年の論争を解消すること。
• ギャップが等方的か、異方的か、またはノードなしかを特定すること。これは、過去の実験と理論が矛盾した結果をもたらしたためである。
• 体積的で角度分解可能な手法—回転する面内磁場下での比熱測定—を用いて、フェルミ面におけるギャップ異方性を直接探査すること。
• ギャップ最小値またはノードの空間的位置を特定することで、理論的モデルに強い制約を加えること。

提案手法

• 結晶学的軸に対する磁場の方向に応じたFeSe₀.₄Te₀.₆の電子比熱を測定すること。
• 超伝導状態が磁場に応じて示す応答がギャップ構造、特にギャップ最小値やノードの存在に依存することを利用すること。
• 回転する面内磁場を印加して超伝導性の異方的抑制を誘発し、比熱における角度依存性の振動として現れるようにすること。
• 比熱の角度依存性を解析し、対称性解析を用いてフェルミ面上のギャップ最小値の位置を抽出すること。
• 表面感受性または角度分解不能な手法の限界を克服するため、体積感受性および高い角度分解能を活用すること。
• 観測された4重対称性の振動パターンから、オーダーパラメータの異方的性質を推論し、等方的またはノードなしギャップのシナリオを除外すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 FeSe₀.₄Te₀.₆におけるフェルミ面全体にわたる超伝導ギャップの空間的異方性はいかなるものか？
• RQ2 超伝導ギャップにノード（ゼロ点）は存在するのか？もしあるならば、結晶学的軸に対してどの位置にあるか？
• RQ3 観測されたギャップ構造は、鉄系超伝導体の既存理論的モデルにどのように制約を加えるか？
• RQ4 ギャップ構造は鉄系超伝導体の異なる化合物間でどの程度変化するか？
• RQ5 回転磁場下における角度分解比熱測定は、体積的超伝導体におけるギャップ異方性の明確な証拠を提供できるか？

主な発見

• 電子比熱は、面内磁場の方向に応じて明確な4重対称性の振動を示し、超伝導ギャップにおける強い異方性を示している。
• 振動パターンはフェルミ面上におけるギャップ最小値の位置を直接マッピングしており、オーダーパラメータが等方的でないことを確認している。
• 観測された角度依存性は、定数ギャップまたはほぼ定数ギャップのモデル、およびノードなしギャップのシナリオをすべて除外する。
• 結果は理論的モデルに深刻な制約を加え、観測された4重対称性のギャップ構造を再現する必要があることを要請している。
• データは顕著な異方性を示すギャップ構造を支持しており、符号変化または顕著に運動量依存性のあるペアリング対称性を示唆している。
• これは、体積的かつ角度分解可能な手法を用いて鉄系超伝導体でこのような異方性を直接実験的に示した初の例である。