[論文レビュー] Linear Temperature Dependence of the Lower Critical Field $H_{c1}$ in F-Doped LaOFeAs Superconductors

Cong Ren, Zhaosheng Wang+6 more|ArXiv.org|Apr 10, 2008

Iron-based superconductors research被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、FドープLaOFeAs超伝導体における下臨界磁場 $H_{c1}$ の最初の実験的測定を、グローバルおよびローカル磁化率測定法を用いて行った。$H_{c1}(T)$ は2 Kまで線形温度依存性を示し、ノードを持つギャップ関数および $d$-波対称性を強く支持する証拠を提供しており、得られた最大ギャップ $Δ_0 = 4.0 \pm 0.6$ meV は比熱およびトンネル測定と整合的である。

ABSTRACT

We present the first experimental results of the lower critical field $H_{c1}$ of the newly discovered F-doped superconductor LaO$_{0.9}$F$_{0.1}$FeAs (F-LaOFeAs) by global and local magnetization measurements. It is found that $H_{c1}$ showed an clear linear-$T$ dependence down to a temperature of 2 K, indicative of an unconventional pairing symmetry with a nodal gap function. Based on the d-wave model, we estimated a maximum gap value $Δ_0=4.0 \pm 0.6$ meV, in consistent with the recent specific heat and point-contact tunneling measurements. Taking the demagnetization factor into account, the absolute value of $H_{c1}(0)$ is determined to be about 54 Oe, manifesting a low superfluid density for LaO$_{0.9}$F$_{0.1}$FeAs.

研究の動機と目的

• 多結晶FドープLaOFeAs超伝導体における下臨界磁場 $H_{c1}$ の温度依存性を特定すること。
• $H_{c1}(T)$ 測定を用いて、鉄系超伝導体における超伝導ギャップ対称性を調査すること。
• $H_{c1}(0)$ および $H_{c1}(T)$ のフィッティングを用いて、超伝導流体密度およびギャップの大きさを評価すること。
• $H_{c1}$ の挙動から直接的な証拠を提供することで、対称性の議論を解決すること。
• 中程度にクリーンな試料における非磁性不純物散乱に対するノードギャップの兆候の頑健性を確認すること。

提案手法

• 磁場を試料の最短寸法に平行に印加し、バイブレーティング・サンプル・マグネトメータ（VSM）を用いたグローバルdc磁化率測定を実施した。
• 10×10 μm² の有効領域を有する2次元電子気体（2DEG）マイクロホールプローブを用いたローカル磁化率測定を実施した。
• 2～20 Kの温度範囲でゼロ場冷却（ZFC）モードで等温 $M(H)$ 曲線を取得し、運動的効果を最小限に抑えるために低スイープレート（30 Oe/min）を用いた。
• メイソン遷移付近の $M(H)$ 曲線の線形領域から、磁束の浸透開始点を用いて $H_{c1}(T)$ を抽出した。
• $d$-波対称性モデルを適用し、理論的関係 $1 - H_{c1}(T)/H_{c1}(0) = 2\ln 2 \cdot k_B T / \Delta_0$ を用いて、$H_{c1}(T)/H_{c1}(0)$ を $T$ の線形関数としてフィッティングした。
• $H_{c1}(T)$ を用いてロンドン方程式から磁束密度深さ $\lambda(T)$ を計算し、$\Delta\lambda = \lambda(T) - \lambda(0)$ を評価することでギャップの異方性を調査した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 FドープLaOFeAsの下臨界磁場 $H_{c1}$ は、低温域で温度に線形依存性を示すか？
• RQ2 $H_{c1}(T)$ の挙動は、この鉄系超伝導体における超伝導ギャップ対称性について何を示唆するか？
• RQ3 $H_{c1}(T)$ 測定から導かれる最大超伝導ギャップ $Δ_0$ の値は何か？
• RQ4 測定された $H_{c1}(0)$ は、超伝導流体密度および対称性強度をどのように反映するか？
• RQ5 線形 $H_{c1}(T)$ 依存性は、非磁性不純物散乱に対してどの程度頑健か？

主な発見

• 下臨界磁場 $H_{c1}(T)$ は、2 Kまで明確な線形温度依存性を示し、超伝導ギャップにノードが存在することを示唆している。
• $H_{c1}(0)$ の絶対値は約54 Oeと決定され、F-LaOFeAsにおける低超伝導流体密度を示している。
• $d$-波対称性モデルに基づき、最大ギャップ値は $Δ_0 = 4.0 \pm 0.6$ meV と推定され、最近の比熱およびポイント接触トンネル測定と整合的である。
• $\Delta\lambda = \lambda(T) - \lambda(0)$ は低温域で線形 $T$-依存性を示し、等方的 $s$-波BCS予想とは矛盾する。
• $\Delta\lambda$ および $H_{c1}(T)$ の線形 $T$-依存性は、非磁性不純物散乱に対して安定であり、$T_c \approx 26$ K および $l \sim \xi_0$ の結果から、中程度の不純物散乱に対する頑健性が裏付けられている。
• ローカル $M(H)$ ループに第二のピークが観測されたことから、強力なグレイン間結合とボトムライクな挙動が確認され、$H_{c1}$ の決定の信頼性が裏付けられている。