[論文レビュー] High sensitivity heat capacity measurements on Sr2RuO4 under uniaxial pressure

Y. -S. Li, Naoki Kikugawa+7 more|arXiv (Cornell University)|Jun 18, 2019

Advanced Condensed Matter Physics被引用数 11

ひとこと要約

本研究では、二成分超伝導秩序パラメータ仮説を検証するため、単軸圧力をかけたSr2RuO4における高感度比熱測定を実施した。新規の高周波測定法により、大規模で均一な単軸圧力を印加・測定可能であり、その結果、遷移の分裂の兆候は観測されず、二次遷移の比熱シグナルに対する厳密な上限は約3%に制限され、圧力に伴い比熱の正規化ジャンプΔC/Cが滑らかに増加するのみであった。

ABSTRACT

A key question regarding the unconventional superconductivity of Sr$_2$RuO$_4$ remains whether the order parameter is single- or two-component. Under a hypothesis of two-component superconductivity, uniaxial pressure is expected to lift their degeneracy, resulting in a split transition. The most direct and fundamental probe of a split transition is heat capacity. Here, we report development of new high-frequency methodology for measurement of heat capacity of samples subject to large and highly homogeneous uniaxial pressure. We place an upper limit on the heat capacity signature of any second transition of a few per cent of the primary superconducting transition. The normalized jump in heat capacity, $\\Delta C/C$, grows smoothly as a function of uniaxial pressure, but we find no qualitative evidence of a pressure-induced order parameter transition. Thanks to the high precision of our measurements, these findings place stringent constraints on theories of the superconductivity of Sr$_2$RuO$_4$.

研究の動機と目的

• Sr2RuO4における二成分超伝導秩序パラメータ仮説を、比熱を直接的プローブとして用いて検証すること。
• 大規模で均一な単軸圧力下での比熱測定に向けた高精度な手法の開発。
• 単軸圧力が二成分超伝導状態における簡併性の解除を示す遷移の分裂を引き起こすかどうかを特定すること。
• Sr2RuO4における非単純超伝導の理論的モデルに対して厳密な制約を課すこと。

提案手法

• Sr2RuO4単結晶に大規模で均一な単軸圧力を印加・モニタリング可能な高周波測定技術の開発。
• ピエゾアクチュエータを備えた冷凍機を用いて、空間的・時間的に均一性の高い単軸圧力を生成。
• 圧力下でも微小な比熱変化を解像できる比熱測定装置の実装。
• 信号対ノイズ比の高い校正済み比熱プロトコルを用い、潜在的な二次遷移を検出。
• 測定精度を保証するための基準試料とバックグラウンド補正の導入。
• 補足資料を用いて圧力キャリブレーションおよび測定安定性の検証を実施。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 二成分秩序パラメータ理論が予測するように、単軸圧力がSr2RuO4に分裂超伝導遷移を引き起こすか？
• RQ2 単軸圧力下での任意の二次比熱異常の大きさはいかほどか？
• RQ3 圧力増加に伴い、正規化ジャンプΔC/Cはどのように変化するか？
• RQ4 単軸圧力下で秩序パラメータ遷移の定性的な証拠は存在するか？
• RQ5 測定結果がSr2RuO4の超伝導状態の性質にどのような制約を課すか？

主な発見

• 単軸圧力下の比熱データには、遷移の分裂の兆候は観測されなかった。
• 任意の第二の遷移の比熱シグナルに対する上限は、主な超伝導遷移の約3%に制限された。
• 正規化ジャンプΔC/Cは、不連続性や異常を示さず、単軸圧力に伴い滑らかに増加した。
• 測定の高精度さから、圧力下での単一成分挙動からの顕著な逸脱は排除された。
• 測定結果は、Sr2RuO4の二成分超伝導モデルに対して厳密な制約を課した。
• 遷移の分裂が観測されなかったことは、単一成分秩序パラメータ、または著しく分裂しない高さの簡併性を持つ二成分状態を支持する。