[論文レビュー] Heat capacity evidence for conventional superconductivity in the Type-II Dirac semi-metal PdTe$_2$

Amit, Yogesh Singh|arXiv (Cornell University)|Jan 10, 2018

Topological Materials and Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、高品質な単結晶を用いた比熱、電気伝導および磁気抵抗測定を通じて、タイプ-IIディラック半金属PdTe₂における超伝導性を調査した。物質のトポロジカルに非自明なフェルミ表面にもかかわらず、比熱データはBCSに類似した電子比熱異常（ΔC/γTc ≈ 1.52）、指数関数的低温依存性、および従来のH–T相図を示し、PdTe₂における超伝導性がトポロジカルではなく、常識的なs波の性質を示していることを示している。

ABSTRACT

We use electrical transport, magnetoresistance, and heat capacity measurements on high quality single crystals of the recently discovered superconducting Type-II Dirac semi-metal PdTe$_2$, to probe the nature of it's superconducting phase. The magnitude of the electronic heat capacity anomaly at $T_c$, the low temperature exponential $T$ dependence of the heat capacity, and a conventional $H - T$ phase diagram establish that the superconductivity in PdTe$_2$ is conventional in nature despite the presence of a topologically non-trivial Fermi surface band which contributes to the electrical conduction.

研究の動機と目的

• PdTe₂における超伝導性が常識的であるか、トポロジカルであるかを特定すること。
• バルク材料におけるトポロジカルな電子バンド構造と超伝導ペアリングの相乗作用を調査すること。
• 熱力学的測定を用いてPdTe₂における超伝導ペアリング対称性およびギャップ構造を特定すること。
• 比熱異常および臨界磁場の挙動を検討することで、トポロジカル超伝導性を除外すること。

提案手法

• 超伝導転移および電子比熱を調べるために、ヘリウム3システムを用いて0.4 Kまで比熱測定を実施した。
• 超伝導性の確認および臨界温度Tc ≈ 1.7 Kの特定のために、電気抵抗および磁気抵抗を測定した。
• 零磁場における全C(T)データから格子（βT³）項を差し引くことで、電子寄与の比熱を分離した。
• 低温C(T)データをC_el/T = γ_res + A exp(–Δ/T)にフィットさせ、超伝導ギャップ構造を調査した。
• さまざまな磁場におけるC(T)データを用いた等エントロピー法を用いてH–T相図を構築した。
• 臨界磁場H_c(T)をBCS式H_c(T) = H_c(0)[1 – (T/T_c)²]にフィットさせ、常識的挙動を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 PdTe₂における超伝導状態は、タイプ-IIディラックバンド構造を有するにもかかわらず、トポロジカル超伝導性の兆候を示すか？
• RQ2 T_cにおける電子比熱異常ΔCの大きさは何か？ そしてBCS予想と比較するとどうなるか？
• RQ3 低温比熱は指数的T依存性を示すか？ これは完全ギャップを持つs波超伝導体を示唆するか？
• RQ4 H–T相図は常識的BCS超伝導性と整合性があるか？

主な発見

• T_cにおける電子比熱異常はΔC/γTc ≈ 1.52を示し、弱い結合単一ギャップ超伝導体のBCS値1.43に近く、一致している。
• 低温C_el/Tデータは、C_el/T = γ_res + A exp(–Δ/T)の指数関数的フィットと優れた一致を示し、完全ギャップを持つs波超伝導状態を示している。
• 残留ソルフェルト係数γ_res = 0.4 mJ/mol K²は、試料体積のおよそ7%が超伝導でないことを示唆している。
• H–T相図はBCS形式H_c(T) = H_c(0)[1 – (T/T_c)²]に従い、フィッティングによりH_c(0) = 195(2) OeおよびT_c = 1.78 Kが得られた。
• 超伝導転移は鋭く、広がりがない。等エントロピー法によるT_c = 1.72 Kは、試料の高品質およびバルク超伝導性を示している。
• 比熱異常、ギャップ構造、H–T相図という、すべての熱力学的証拠が、PdTe₂における常識的s波超伝導性を示している。