[論文レビュー] Nodal and nematic superconducting phases in NbSe2 monolayers from competing superconducting channels

Chang-Woo Cho, Jian Lyu+11 more|arXiv (Cornell University)|Mar 27, 2020

2D Materials and Applications被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、モノレイヤーNbSe2における競合する超伝導チャネルが、ノードを持つトポロジカルな超伝導相とネーメニック超伝導相の共存を引き起こすことを明らかにした。磁場の角度に依存する磁気抵抗の測定により、上臨界磁場に二重対称性（2重対称性）に重畳した六重対称性のノード構造を観測し、Hc2に近い領域でノードを持つトポロジカル超伝導状態が確認されるとともに、複数チャネルのペアリング競合によって駆動されるネーメニック超伝導状態が示された。

ABSTRACT

Transition metal dichalcogenides like 2H-NbSe2 in their two-dimensional (2D) form exhibit Ising superconductivity with the quasiparticle spins are firmly pinned in the direction perpendicular to the basal plane. This enables them to withstand exceptionally high magnetic fields beyond the Pauli limit for superconductivity. Using field-angle-resolved magnetoresistance experiments for fields rotated in the basal plane we investigate the field-angle dependence of the upper critical field (Hc2), which directly reflects the symmetry of the superconducting order parameter. We observe a six-fold nodal symmetry superposed on a two-fold symmetry. This agrees with theoretical predictions of a nodal topological superconducting phase near Hc2, together with a nematic superconducting state. We demonstrate that in NbSe2 such unconventional superconducting states can arise from the presence of several competing superconducting channels.

研究の動機と目的

• 面内磁場下におけるモノレイヤーNbSe2の超伝導オーダーパラメータの対称性を調査すること。
• 非単純な超伝導状態、特にノード的およびネーメニック相が、競合する超伝導チャネルから生じうるかどうかを特定すること。
• 二次元遷移金属ジカルコイドにおけるイジング超伝導とマルチチャネルペアリングの相乗作用を理解すること。
• モノレイヤーNbSe2の上臨界磁場Hc2に観察された六重ノード的および二重ネーメニック対称性の起源を明確にすること。

提案手法

• モノレイヤーNbSe2の基面内で磁場を回転させた角度に依存する磁気抵抗測定を実施した。
• 超伝導オーダーパラメータの対称性を調査するために、磁場の向きを関数としての上臨界磁場（Hc2）を測定した。
• Hc2の角度依存性を分析し、六重ノード的および二重ネーメニック対称性の共存を同定した。
• マルチチャネル超伝導およびトポロジカルペアリング状態の理論予測と実験結果を比較した。
• 観測された角度依存性をもとに、系内に複数の競合する超伝導チャネルが存在することを推論した。
• 対称性解析を用いて、物質内におけるノード的トポロジカル超伝導状態とネーメニック超伝導状態を区別した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 モノレイヤーNbSe2における競合する超伝導チャネルは、ノード的およびネーメニック超伝導相の両方を安定化させうるか？
• RQ2 モノレイヤーNbSe2の上臨界磁場Hc2に観察された六重ノード的対称性の起源は何か？
• RQ3 Hc2に観察される二重対称性は、系内におけるネーメニック超伝導とどのように関係しているか？
• RQ4 マルチチャネルペアリング機構は、トポロジカルおよびネーメニック超伝導状態の共存をどの程度説明できるか？
• RQ5 NbSe2におけるイジング超伝導は、非単純超伝導状態の安定性および対称性にどのように寄与するか？

主な発見

• 上臨界磁場Hc2は、六重ノード的対称性が二重ネーメニック対称性に重畳された構造を示し、非単純超伝導状態の共存を示している。
• 観測された六重対称性は、理論的に予測されたHc2に近い領域におけるノード的トポロジカル超伝導状態と整合的である。
• Hc2における二重対称性は、超伝導オーダーパラメータの回転対称性の破れに起因するネーメニック超伝導状態に起因する。
• これらの対称性の共存は、系内に複数の競合する超伝導チャネルが存在することによって説明できる。
• 結果から、モノレイヤーNbSe2におけるマルチチャネルペアリングが、トポロジカルおよびネーメニック超伝導状態を同時に安定化できることを確認した。
• 本研究の結果は、NbSe2におけるイジング超伝導が、高い面内磁場下でも非単純超伝導状態の安定化を可能にすることを示している。