[論文レビュー] Microwave Penetration Depth and Quasiparticle Conductivity in Single Crystal PrFeAsO_1-y: Evidence for Fully Gapped Superconductivity

K. Hashimoto, T. Shibauchi+10 more|arXiv (Cornell University)|Jun 19, 2008

Iron-based superconductors research被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、下ドーピングされたPrFeAsO₁₋ᵧ単結晶（T_c ≈ 35 K）において、28 GHzの超伝導キャビティ共振器を用いて、面内マイクロ波浸透深度λₐ_bおよび準粒子電導度を測定した。低温域における平坦なλₐ_b(T)曲線およびT_c未満での増幅されたマイクロ波電導度は、フェルミ表面全域で完全ギャップ状態（Δ/k_BT_c ≳ 1.6）を示す強力な証拠であり、高T_c銅酸化物超伝導体と類似した挙動を示す。

ABSTRACT

In-plane microwave penetration depth $\lambda_{ab}$ and quaiparticle conductivity at 28 GHz are measured in underdoped single crystals of the Fe-based superconductor PrFeAsO$_{1-y}$ ($T_c\approx 35$ K) by using a sensitive superconducting cavity resonator. $\lambda_{ab}(T)$ shows flat dependence at low temperatures, which is incompatible with the presence of nodes in the superconducting gap $\Delta({\bf k})$. The temperature dependence of the superfluid density demonstrates that the gap is non-zero ($\Delta/k_BT_c\gtrsim 1.6$) all over the Fermi surface. The microwave conductivity below $T_c$ exhibits an enhancement larger than the coherence peak, reminiscent of high-$T_c$ cuprate superconductors.

研究の動機と目的

• 鉄系超伝導体PrFeAsO₁₋ᵧの下ドーピング単結晶における超伝導ギャップ構造を調査すること。
• マイクロ波輸送測定を用いて、超伝導ギャップがノードを示すか、完全ギャップのままであるかを特定すること。
• 特にコheren-peaks挙動に関して、PrFeAsO₁₋ᵧの準粒子応答を高T_c銅酸化物と比較すること。
• ギャップ対称性および大きさのプローブとしての超伝導流体密度とその温度依存性を評価すること。

提案手法

• 面内マイクロ波浸透深度λₐ_bは、28 GHzで高感度の超伝導キャビティ共振器を用いて測定された。
• 準粒子電導度は、同じマイクロ波共振測定から得られ、複素電導度の実部に敏感である。
• 測定は、T_c ≈ 35 Kの高品質単結晶を用い、不純物散乱や不規則性の影響を最小限に抑えた。
• λₐ_bの温度依存性を分析することで、超伝導流体密度およびギャップ構造を推定した。
• 観測されたマイクロ波電導度を、ノードレスおよびノード付き超伝導体の理論的期待値と比較した。
• BCSに類似した超伝導ギャップの挙動を強調し、特にΔ/k_BT_c比を解釈に用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 PrFeAsO₁₋ᵧにおけるマイクロ波浸透深度λₐ_bの温度依存性は、超伝導ギャップにノードが存在することを示唆するか？
• RQ2 超伝導流体密度から推定されるギャップの大きさは、T_cに対してどの程度の値を示すか？
• RQ3 T_c未満での準粒子電導度は、高T_c銅酸化物で観察されるのと同様のコheren-ピーク増幅を示すか？
• RQ4 λₐ_bの低温挙動から、フェルミ表面全域で超伝導ギャップが完全ギャップであると示唆されるか？
• RQ5 PrFeAsO₁₋ᵧのマイクロ波応答は、他の鉄系および銅酸化物超伝導体と比較してどのように異なるか？

主な発見

• 面内マイクロ波浸透深度λₐ_bは低温域でほぼ一定を示し、ノードなしの完全ギャップ超伝導状態を示している。
• λₐ_b(T)から導かれた超伝導流体密度は、絶対零度に外挿しても非ゼロの値を示し、フェルミ表面全域で有限なギャップが存在することを確認した。
• 超伝導ギャップとT_cの比Δ/k_BT_cは1.6以上であることが判明し、強い結合、完全ギャップ超伝導体と整合的である。
• T_c未満でのマイクロ波電導度は、通常のコheren-ピークを上回る増幅を示し、これは高T_c銅酸化物でも観察された特徴である。
• 低温域におけるλₐ_bのT線形依存性の欠如は、ギャップ関数に線形ノードが存在しないことを排除し、ノードレスs波または拡張s波対称性を支持する。
• データは総合的に、下ドーピングされたPrFeAsO₁₋ᵧに完全ギャップ超伝導状態が存在することを支持しており、ノード付き鉄系超伝導体やd波銅酸化物超伝導体とは異なる対称性を示す。