[論文レビュー] Intrinsic atomic scale modulations of the superconducting gap of 2H-NbSe2

Isabel Guillamón, Hermann Suderow+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 14, 2007

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、低温走査トンネル顕微鏡および分光法（STM/STS）を用いて、2H-NbSe2における超伝導ギャップの内在的原子スケールの揺らぎを明らかにした。局所状態密度（LDOS）が、ギャップの異方性およびフェルミ表面構造に起因して、0.75 meVおよび1.2 meVで六重対称性の周期的揺らぎを示すことが示された。これらの発見により、従来の超伝導特性が準位長スケールで一様であるという見方をくつがえす、ボルテックスコア内に以前に検出されていなかった原子スケールの揺らぎが明らかになった。

ABSTRACT

We present scanning tunneling microscopy and spectroscopy measurements at 100mK in the superconducting material 2H-NbSe2 that show well defined features in the superconducting density of states changing in a pattern closely following atomic periodicity. Our experiment demonstrates that the intrinsic superconducting density of states can show atomic size modulations, which reflect the reciprocal space structure of the superconducting gap. In particular we obtain that the superconducting gap of 2H-NbSe2 has six fold modulated components at 0.75 mV and 1.2 mV.Moreover, we also find related atomic size modulations inside vortices, demonstrating that the much discussed star shape vortex structure produced by localized states inside the vortex cores, has a, hitherto undetected, superposed atomic size modulation. The tip substrate interaction in an anisotropic superconductor has been calculated, giving position dependent changes related to the observed gap anisotropy.

研究の動機と目的

• 高分解能STM/STSを用いて、2H-NbSe2における超伝導ギャップの空間的不均一性を原子スケールで調査すること。
• 局所状態密度（LDOS）に現れる内在的揺らぎが、超伝導ギャップの逆空間構造に起因するかどうかを特定すること。
• 特に星型ボルテックス構造に関連して、ボルテックスコア内に原子スケールの揺らぎが存在するかを検討すること。
• フェルミ表面の異方性および軌道デゲネラシーが、STM測定における空間的に変化するLDOS信号に与える役割を調査すること。
• 超伝導特性が原子的長尺度で一様であるという従来の仮定に疑問を呈すること。

提案手法

• クリーブドされた2H-NbSe2表面を100 mKで走査トンネル顕微鏡および分光法（STM/STS）で測定し、局所状態密度（LDOS）をプローブすること。
• 表面およびボルテックスコア内における超伝導ギャップの空間的変動を測定し、周期的揺らぎを同定すること。
• 特にNb原子およびボルテックスコア周辺における原子サイトに対するスキャン・プローブの位置に応じたSTSスペクトルの分析。
• 軌道デゲネラシーおよびギャップの角度依存性を組み込んだ、異方性超伝導体におけるプローブ-基板結合の理論的モデリング。
• ギンツブルグ＝ランダウ方程式およびエリャシブ方程式を用いて、ボルテックス周辺のギャップ揺らぎをシミュレートし、LDOSの変化を予測すること。
• 実験データと理論的予測を比較し、観察された揺らぎがフェルミ表面構造およびギャップの異方性に起因することを結びつけること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ゼロ磁場下における2H-NbSe2の超伝導ギャップに、内在的な原子スケールの揺らぎが存在するか？
• RQ2 0.75 meVおよび1.2 meVにおける局所状態密度に観察された六重対称性の揺らぎの起源は何か？
• RQ3 2H-NbSe2において、星型ボルテックス構造に原子スケールの揺らぎが重畳されているか？
• RQ4 フェルミ表面の異方性および軌道デゲネラシーは、STM測定における空間的に変化するLDOS信号にどのように寄与するか？
• RQ5 逆空間構造から明らかになった超伝導ギャップの異方性は、観察されたLDOS揺らぎにどの程度影響を及えるか？

主な発見

• 2H-NbSe2における超伝導ギャップに、0.75 meVおよび1.2 meVで六重対称性の原子スケールの揺らぎが観測され、これはSe表面格子と一致した。
• これらの揺らぎは、超伝導ギャップの逆空間構造およびフェルミ表面の異方性に直接関連している。
• 2H-NbSe2の星型ボルテックスコア構造に、以前に検出されていなかった原子スケールの揺らぎが重畳されていることが判明した。
• 観察された揺らぎは、高対称性点付近における軌道デゲネラシーとギャップの角度依存性の相乗作用に起因する。
• 理論的モデリングにより、異方性超伝導体におけるプローブ-基板結合が、実験観察と整合する位置依存のLDOS変化を生じうることが確認された。
• これらの結果により、超伝導特性が準位長スケールで一様であるという長年の仮定が覆され、超伝導性における空間的不均一性の新たな次元が明らかになった。