[論文レビュー] Evidence for d-wave pairing in electron-doped superconductors

R. Prozorov, R. W. Giannetta+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 18, 2000

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用数 1

ひとこと要約

本研究は、電子ドーピングされた超伝導体Pr1.85Ce0.15CuO4−δ（PCCO）およびNd1.85Ce0.15CuO4−δ（NCCO）における面内磁気浸透深度λ(T)を0.4 Kまで測定した。PCCOでは、λ(T)が0.025 TcまでT²に従うことが確認され、d波対称性の強い証拠が得られた。NCCOでは、パラ磁性Nd³⁺イオンが4 K未塔でλ(T)に上昇を引き起こし、フィッティング制約によりs波対称性ではΔmin(0)/Tc < 0.57が得られた。一方PCCOではΔmin(0)/Tc < 0.2が得られ、d波対称性が支持された。

ABSTRACT

The in-plane magnetic penetration depth, $\lambda (T)$, was measured down to 0.4 K in single crystals of electron-doped superconductors, Pr$_{1.85}$Ce$_{0.15}$CuO$_{4-\delta}$ (PCCO) and Nd$_{1.85}$Ce$_{0.15}$CuO$_{4-\delta}$ (NCCO). In PCCO, the superfluid density varies as $T^2$ from 0.025 up to roughly 0.3 $T/T_c$ suggestive of a d-wave state with impurities. In NCCO, $\lambda (T)$ shows a pronounced upturn for $T < 4$ K due to the paramagnetic contribution of Nd$^{3+}$ ions. Fits to an s-wave order parameter over the standard BCS range ($T/T_c$ = 0.32) limit any gap to less than $\Delta_{min} (0)/T_c = 0.57$ in NCCO. For PCCO, the absence of paramagnetism permits a lower temperature fit and yields an upper limit of $\Delta_{min} (0)/T_c = 0.2$.

研究の動機と目的

• 低温での磁気浸透深度測定を用いて、電子ドーピングされたカルコネート超伝導体の超伝導対称性を調査すること。
• Pr1.85Ce0.15CuO4−δ（PCCO）およびNd1.85Ce0.15CuO4−δ（NCCO）におけるd波対称性とs波対称性の違いを区別すること。
• パラ磁性Nd³⁺イオンがNCCOのλ(T)に与える影響と、ギャップ対称性の決定に与える意味を評価すること。
• BCSに類似したモデルへのフィッティングを通じて、両化合物におけるTcに対する最小超伝導ギャップの上限を特定すること。

提案手法

• PCCOおよびNCCOの単結晶を用い、0.4 Kまで敏感な磁化測定法を用いて面内磁気浸透深度λ(T)を測定した。
• BCS理論の枠組みでλ(T)データを解析し、s波およびd波対称性仮定の妥当性を検証した。
• T/Tc = 0.32の範囲で標準的なBCS式をs波対称性に適合させ、最小ギャップΔmin(0)/Tcを抽出した。
• PCCOにパラ磁性寄与がないことを利用し、より低温領域までフィッティングを拡張することで、最小ギャップの上限をより厳密に制約した。
• NCCOにおけるパラ磁性Nd³⁺寄与を考慮するため、4 K以上でのλ(T)をフィッティングし、超伝導寄与を外挿法で推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 PCCOにおけるλ(T)の温度依存性は、d波対称性を支持するか？
• RQ2 パラ磁性Nd³⁺イオンはNCCOの磁気浸透深度にどのように影響を及ぼし、ギャップ対称性にどのような意味を持つのか？
• RQ3 s波対称性仮定下で、NCCOにおける最小ギャップΔmin(0)/Tcの上限は何か？
• RQ4 PCCOにおけるΔmin(0)/Tcの上限は何か？また、これはs波対称性よりもd波対称性を支持するか？

主な発見

• PCCOでは、超伝導密度が0.025 Tcから約0.3 Tcの範囲でT²に従うことが確認され、不純物存在下でのd波対称性と整合的である。
• NCCOでは、4 K未塔でNd³⁺イオンのパラ磁性寄与によりλ(T)に顕著な上昇が観察され、ギャップ解析においてこれを考慮する必要がある。
• NCCOでは、T/Tc = 0.32の範囲でs波BCSモデルをフィッティングした結果、Δmin(0)/Tc < 0.57の上限が得られ、わずかではあるが有限ギャップであることが示唆された。
• PCCOではパラ磁性効果がないため、低温領域でのフィッティングが可能となり、Δmin(0)/Tc < 0.2というより厳しい上限が得られ、d波対称性が支持された。
• PCCOにおけるλ(T)のT²依存性は、従来のs波対称性とは整合せず、d波対称性を強く支持する。
• 本結果は、電子ドーピングされた超伝導体がd波対称性を示すことを示しており、低温でのλ(T)測定がギャップ構造を制約することを実証した。