[論文レビュー] Emergence of a superconducting state from an antiferromagnetic phase in single crystals of the heavy fermion compound Ce2PdIn8

D. Kaczorowski, Adam Pikul+2 more|ArXiv.org|Jun 10, 2009

Rare-earth and actinide compounds参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、Ce2PdIn8の単結晶において、Tc = 0.68 K の大気圧下のヘビーフェルミオン超伝導が特定された。これはTN = 10 K で長距離反強磁性（AF）状態に由来する。ゼロ圧力下のバルクなCe2PdIn8においてAFとSCの共存は、大多数のヘビーフェルミオン化合物とは異なり、磁気秩序と超伝導の間で特異な相互作用が生じている可能性を示しており、非単純なペアリングを示唆している。

ABSTRACT

Single crystals of Ce2PdIn8 were studied by means of magnetic susceptibility, electrical resistivity and specific heat measurements. The compound was found to be a heavy fermion clean-limit superconductor with Tc = 0.68 K. Most remarkably, the superconductivity in this system emerges out of the antiferromagnetic state that sets in at TN = 10 K, and both cooperative phenomena coexist in a bulk at ambient pressure conditions.

研究の動機と目的

• Ce2PdIn8は、Ce2MIn8系列の新規メンバーであるが、その電子的および磁気的性質を調査すること。
• 他のヘビーフェルミオン系と同様に、Ce2PdIn8における超伝導が磁気的秩序状態から発現するかどうかを特定すること。
• 臨界温度、上臨界磁場、ペアリング対称性の観点から、超伝導状態を特徴づけること。
• 反強磁性秩序に近接していることから、Ce2PdIn8における超伝導が非単純であるかどうかを評価すること。

提案手法

• Ce2PdIn8の単結晶はInフラックス法を用いて成長され、X線回折およびマイクロプローブ分析により確認された。
• 磁化率、電気抵抗、比熱測定は、標準的な実験的手法を用いて実施された。
• 磁化率データの解析に際し、クーリー・ワイス則を適用して有効磁気モーメントおよびワイス温度を抽出した。
• 電気抵抗データは、Kondo散乱（cK ln T）、電子-格子振動散乱（cph T）、および残渣抵抗（ρ0 + ρ∞）を含むモデルにフィットした。
• 比熱データは、電子比熱係数γnおよびΔC/γnTcの比を決定し、ペアリング対称性を推察するために分析された。
• 上臨界磁場Hc2は抵抗率および比熱データから抽出され、その温度依存性を用いてdHc2/dTおよびHc2(0)が計算された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Ce2PdIn8における超伝導は反強磁性基底状態から発現するのか。その場合、それらの共存の性質は何か？
• RQ2 単結晶Ce2PdIn8における超伝導の臨界温度Tcは何か。また、磁場依存性はどのように変化するか？
• RQ3 Tc未満でC/Tが線形に温度依存するという事実から、Ce2PdIn8の超伝導状態が非単純であるとされる根拠は何か？
• RQ4 Ce2PdIn8における超伝導パラメータ（Hc2、κGL、ξ0、λGL）は、代表的ヘビーフェルミオン超伝導体CeCu2Si2と比較してどう異なるか？
• RQ5 Kondoスクリーニングおよび結晶場効果は、Ce2PdIn8の磁気的および輸送特性にどのように寄与しているか？

主な発見

• Ce2PdIn8は、抵抗率が完全にゼロに落ち込むことから、Tc = 0.68 K でバルク的超伝導を示す。
• 反強磁性転移はTN = 10 K で発生し、抵抗率に明著な急峻な変化（kink）と磁化率の最大値を示す。
• Tcにおける比熱ジャンプからΔC/γnTc ≈ 1.5が得られ、BCS理論の1.43に近く、弱い結合超伝導体でありλ ≈ 0.49であると示唆される。
• Tc未満では、比熱比C/Tは温度に線形に依存する。これはギャップ構造に線形ノードを有する非単純超伝導の特徴である。
• 上臨界磁場Hc2(0)は約4.8 Tと推定され、初期勾配dHc2/dT ≈ -14.3 T/Kが大きく、重い準粒子およびクリーン限界超伝導を示唆する。
• ギンツブルグ＝ランダウパラメータκGL ≈ 21は、型II超伝導体であることを確認し、平均自由行程l ≈ 42 mmの長さは、クリーン限界性を裏付けている。