[論文レビュー] Field-induced quantum critical point and nodal superconductivity in the heavy-fermion superconductor Ce2PdIn8

J. K. Dong, H. Zhang+8 more|arXiv (Cornell University)|Aug 4, 2010

Rare-earth and actinide compounds参考文献 24被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、50 mKまで低下した抵抗率および熱伝導度測定を用いて、重フェルミオン超伝導体Ce2PdIn8を調査し、上臨界磁場Hc2における場誘起量子臨界点と非単純な節を持つ超伝導性を明らかにした。Hc2付近での熱伝導度k(H)/Tの急激なジャンプは、1次相転移に類似した遷移を示しており、CeCoIn5におけるQ相と類似している。これは、Ce2PdIn8がFulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov状態を含む非電磁気的超伝導状態を研究するための候補である可能性を示唆している。

ABSTRACT

The interplay between magnetism and superconductivity has been a central issue in unconventional superconductors. While the dynamic magnetism could be the source of electron pairing, the static magnetism is generally believed to compete with superconductivity. In this sense, the observation of Q phase, the coupled spin-density wave order and superconductivity, in the heavy-fermion superconductor CeCoIn5 is very puzzling. Whether this Q phase origins from the novel Fulde-Ferrel-Larkin-Ovchinnikov state is under hot debate. Here we report the resistivity and thermal conductivity study of a newly discovered heavy-fermion superconductor Ce2PdIn8 down to 50 mK. We find an unusual field-induced quantum critical point at the upper critical field Hc2 and unconventional nodal superconductivity in Ce2PdIn8. The jump of thermal conductivity k(H)/T near Hc2 suggests a first-order-like phase transition at low temperatures. These results mimic the features of the Q phase in CeCoIn5, implying that Ce2PdIn8 is another promising compound to investigate the exotic Q phase and FFLO state. The comparison between CeCoIn5 and Ce2PdIn8 may help to clarify the origin of the Q phase.

研究の動機と目的

• 新しく発見された重フェルミオン超伝導体Ce2PdIn8における磁性と超伝導性の相乗作用を調査すること。
• Ce2PdIn8が上臨界磁場Hc2において場誘起量子臨界点を有するかどうかを特定すること。
• 熱および電気輸送測定を通じて、Ce2PdIn8における超伝導ペアリングの性質を解明すること。
• 観測された量子臨界行動を、CeCoIn5における非単純なQ相と比較し、非電磁気的超伝導状態の起源を明確にすることを目的とする。

提案手法

• 単結晶Ce2PdIn8を用いて、50 mKまで低下した低温抵抗率および熱伝導度測定を実施した。
• 熱伝導度κ(H)/Tの磁場依存性を分析し、量子相転移の兆候を検出した。
• 上臨界磁場Hc2は、熱伝導度に急激な異常が観測される臨界磁場として特定された。
• Hc2付近での熱伝導度挙動の類似性に基づき、CeCoIn5におけるQ相と比較した。
• 輸送特性の磁場および温度依存性に注目し、1次相転移に類似した遷移および節を持つ超伝導ギャップの特定に焦点を当てた。
• 観測された量子臨界定域を踏まえ、Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov（FFLO）状態に関する理論的含意を議論した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 熱伝導度の異常が示すように、Ce2PdIn8は上臨界磁場Hc2において場誘起量子臨界点を示すか？
• RQ2 Ce2PdIn8における超伝導ペアリングの性質は何か？また、節を持つギャップ構造を示すか？
• RQ3 Ce2PdIn8における熱伝導度挙動は、CeCoIn5のQ相とどのように比較できるか？
• RQ4 Hc2付近で観測された1次相転移に類似した遷移は、Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov（FFLO）状態のような非電磁気的超伝導状態の形成と関連づけられるか？
• RQ5 Ce2PdIn8とCeCoIn5の挙動の類似性は、Q相の普遍的起源について何を示唆するか？

主な発見

• 上臨界磁場Hc2付近での熱伝導度κ(H)/Tの急激なジャンプは、低温においてCe2PdIn8に1次相転移に類似した量子相転移が存在することを示している。
• Hc2における場誘起量子臨界点は、相図の主要な特徴であり、強い電子相関を示唆している。
• Ce2PdIn8の超伝導状態は、熱伝導度の磁場および温度依存性から、非単純な節を持つペアリングを示していると推定された。
• Hc2付近でのκ(H)/Tの挙動は、CeCoIn5のQ相で観測されたものと類似しており、共通の起源がある可能性を示唆している。
• 本結果は、Ce2PdIn8がFulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov状態を含む非電磁気的超伝導状態を研究する上で有望なモデル系である可能性を示している。
• Ce2PdIn8とCeCoIn5の比較は、現在のところ議論の的となっているQ相の微視的起源の解明に寄与する可能性がある。