[論文レビュー] Nodal gap structure of BaFe_2(As_{1-x}P_x)_2 determined by the angle resolved thermal conductivity

Minoru Yamashita, Y. Senshu+9 more|arXiv (Cornell University)|Mar 4, 2011

Iron-based superconductors research被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、磁場を基底面内で回転させた角度分解熱伝導率測定を用いて、鉄pnict化物超伝導体BaFe₂(As₀.₆₇P₀.₃₃)₂における節構造を特定した。熱伝導率には四重対称的な振動が観察され、結晶の正方形a軸に対して±45°の方向に極小値を示し、Fe-Fe結合方向に整列した線形節を示唆する。解析から、高いフェルミ速度を持つ電子フェルミ表面における閉じた節ループが、データと最も整合することが判明した。

ABSTRACT

We investigated the structure of the superconducting order parameter in the iron-pnictide superconductor BaFe_2(As_{0.67}P_{0.33})_2 (T_c=31 K) with line nodes by the angle-resolved thermal conductivity measurements in magnetic field rotated within the basal plane of the crystal. We find that the thermal conductivity displays distinct fourfold oscillations with minima when the field is directed at +-45 deg with respect to the tetragonal a axis, namely the Fe-Fe bond direction. We discuss possible gap structures that can account for the data in the context of recent theoretical work, and conclude that the observed results are most consistent with the closed nodal loops located at the flat parts of the electron Fermi surface with high Fermi velocity.

研究の動機と目的

• 鉄pnict化物超伝導体BaFe₂(As₀.₆₇P₀.₃₃)₂における超伝導ギャップの節構造を特定すること。
• 基底面内の磁場の向きに応じた超伝導秩序パラメータの変化を調査すること。
• 熱伝導率の角度依存性と理論モデルを照合することで、節を有するフェルミ表面領域を同定すること。
• 実験的角異方性に基づいて、ギャップ構造が開いているか閉じているかの本質を解明すること。

提案手法

• 磁場をテトラゴナル結晶構造の基底面内で回転させながら、角度分解熱伝導率測定を実施した。
• 結晶学的a軸を基準として磁場の向きに応じた熱伝導率を測定し、角度異方性を検出した。
• 熱伝導率に観察された四重対称的振動パターンを解析することで、超伝導ギャップ内の節の対称性および位置を推定した。
• 観測された角度依存性を、特に電子フェルミ表面シート上のノード構造に注目した、さまざまなギャップ対称性の理論予測と比較した。
• フェルミ速度が異なる磁場角度における熱伝導率応答の大きさに与える影響を強調した。
• 理論的モデルを用いて、データが開いたか閉じたノード輪郭のどちらと整合するかを評価した。特にフェルミ表面の平坦領域を焦点とした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 磁場を基底面内で回転させた場合、BaFe₂(As₀.₆₇P₀.₃₃)₂における熱伝導率の角度依存性はどのように変化するか？
• RQ2 観測された熱伝導率の角度異方性は、線形節の存在を示唆するか？ もしそうであれば、その空間的配向は何か？
• RQ3 どのフェルミ表面シートが節を有しており、そのフェルミ速度は熱応答にどのように寄与するか？
• RQ4 ノード構造は開いた輪郭か閉じた輪郭か、どちらによって最もよく記述されるか？ また、これと観測された四重対称性はどのように関連するか？
• RQ5 実験結果は、鉄ベース超伝導体におけるさまざまなギャップ対称性の理論予測とどのように一致するか？

主な発見

• 磁場を基底面内で回転させた際、熱伝導率に明確な四重対称的振動が観察された。
• 熱伝導率の極小値は、結晶のテトラゴナルa軸に対して±45°の方向に現れ、これはFe-Fe結合方向に対応する。
• 観測された角度依存性は、高対称性方向に単純な線形節があるのとは整合せず、より複雑な節構造を示唆する。
• データは、高いフェルミ速度を持つ電子フェルミ表面の平坦領域に位置する閉じたノードループと最も整合する。
• 角度異方性は、超伝導ギャップの節がゾーン中心にないが、フェルミ速度が強化されたフェルミ表面シート上にあることを強く示唆する。
• 結果は、ギャップ構造がフェルミ表面シートの特定領域に空間的に局在化しているのではなく、均一に分布しているのではなく、特定のフェルミ表面シートに局在化していることを支持する。