[論文レビュー] Doping-induced vertical line nodes in the superconducting gap of the iron arsenide K-Ba122 from directional thermal conductivity

J.-Ph. Reid, M. A. Tanatar+10 more|arXiv (Cornell University)|May 11, 2011

Iron-based superconductors research被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、50 mKまで冷却した方向性熱伝導度を用いて、K-Ba122におけるドーピング駆動の超伝導ギャップノードを調査した。x ≈ 0.16における鋭い転移は、κ(T)に残留線形項の突然の出現を示し、c軸に沿った垂直線状ノードの発生を示唆しており、これはs波ギャップにおける偶然的ノードまたは対称性によって強制されるd波遷移の可能性がある。

ABSTRACT

The thermal conductivity k of the iron-arsenide superconductor K-Ba122 was measured down to 50 mK in a magnetic field up to 15 T, for a heat current parallel and perpendicular to the tetragonal c axis. In the range from optimal doping (x ~ 0.4) down to x = 0.16, there is no residual linear term in k(T) at T = 0, showing that there are no nodes in the superconducting gap anywhere on the Fermi surface. Upon crossing below x = 0.16, a large residual linear term suddenly appears, signaling the onset of nodes in the superconducting gap, most likely vertical line nodes running along the c axis. We discuss two scenarios: 1) accidental nodes in an s-wave gap, resulting from a strong modulation of the gap around the Fermi surface, in which minima deepen rapidly with underdoping; 2) a phase transition from a nodeless s-wave state to a d-wave state, in which nodes are imposed by symmetry.

研究の動機と目的

• 熱伝導度測定を用いて、K-Ba122におけるドーピングに伴う超伝導ギャップ構造の進化を特定すること。
• ドーピング相図全域における超伝導状態におけるギャップノードの存在と性質を同定すること。
• 熱輸送挙動に基づいて、偶然的s波ノードと対称性によって強制されるd波ノードを区別すること。
• 低温および高磁場下でのノードの出現を調査すること。

提案手法

• 15 Tまでの磁場下で、単結晶K-Ba122の熱伝導度κ(T)を50 mKまで測定した。
• テトラゴナルc軸に平行および垂直な熱電流を印けて、異方性のあるギャップ構造を調べた。
• κ(T)のT → 0極限における残留線形項の有無を分析し、ギャップノードの存在を示した。
• 最適ドーピング（x ≈ 0.4）からx = 0.16までドーピング濃度xを変化させ、ギャップノード形成を追跡した。
• s波およびd波対称性の理論モデルと実験結果を比較した。
• 超伝導性の抑制を磁場依存性によって行い、ノードのサインを確認した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 K-Ba122における超伝導ギャップは、すべてのドーピングレベルでノードなしのままであるのか、それとも臨界ドーピング未満でノードが出現するのか？
• RQ2 x ≈ 0.16におけるギャップノード形成の性質は、s波状態における偶然的ノードか、d波状態における対称性によって強制されるノードか？
• RQ3 c軸に沿った熱伝導度の異方性は、ギャップノードの向きをどのように明らかにするか？
• RQ4 T = 0におけるκ(T)の残留線形項の突然の出現は、超伝導ペアリング状態にどのような意味を持つのか？

主な発見

• 最適ドーピング（x ≈ 0.4）からx = 0.16まで、T = 0におけるκ(T)に残留線形項が観測されず、ノードなしの超伝導ギャップであることが示された。
• x = 0.16で、κ(T)に大きな残留線形項が急激に出現し、超伝導ギャップにおけるノードの発生を示した。
• 観測されたノードは、異方性熱伝導度測定から、c軸に沿った垂直線状ノードであると推定された。
• x ≈ 0.16における転移は、ペアリング状態の定性的な変化を示唆しており、s波からd波状態への遷移、またはノードなしs波からノードありs波状態への遷移の可能性がある。
• 本結果は、2つの可能性を支持する：(1) 強いギャップ変調によるs波ギャップにおける偶然的ノード、または (2) 対称性によって強制されるd波状態への相転移。