[論文レビュー] Pauli-limited upper critical field and anisotropic depairing effect of La2.82Sr0.18Ni2O7 superconducting thin film

Ke Wang, Maosen Wang+11 more|arXiv (Cornell University)|Mar 11, 2026

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ひとこと要約

本研究はLa2.82Sr0.18Ni2O7薄膜における異方的消失対を伴うパウリ制限上臨界場を報告し、厚さ駆動の次元転換と面内–面外のHc2異方性が控えめであることを示す。

ABSTRACT

We investigate the upper critical field and superconducting anisotropy of epitaxial La2.82Sr0.18Ni2O7 thin films, which show a sharp superconducting transition at Tc=31.6 K. Near Tc, superconductivity exhibits thickness-limited two-dimensional characteristics. Upon cooling, the out-of-plane coherence length decreases below the sample thickness of 6 nm, corresponding to a 3-unit-cell film, indicating a crossover to intrinsic three-dimensional bulk superconductivity. High-field transport measurements reveal large upper critical fields with a small anisotropy ratio gama~1.34, comparable to bulk Ruddlesden-Popper nickelates. At low temperatures, the in-plane (ab) upper critical field Hc2(ab) is strongly suppressed by spin-paramagnetic pair breaking and approaches the Pauli limit (Hc2(Pauli)=58 T), while Hc2(c) remains largely unaffected. This anisotropic Pauli limitation accounts for the reduced upper critical field anisotropy and supports the conclusion that superconductivity in these films is fundamentally three-dimensional bulk like. Our results highlight the essential role of spin-paramagnetic effects in shaping the high-field superconducting phase diagram of Ruddlesden-Popper nickelates.

研究の動機と目的

• La2.82Sr0.18Ni2O7薄膜の臨界場と超伝導異方性を調べる。
• 厚さによる2D様相から3Dバルク様超伝導への次元転換を特徴づける。
• 高磁場超伝導におけるスピンパラメトリック対崩壊の役割を評価する。

提案手法

• エピタキシャルLa2.82Sr0.18Ni2O7薄膜に対する高磁場輸送測定。
• Tc付近での2D領域とTc以下での3Dバルク様挙動への転換を示す厚さ効果の解析。
• 面内(ab)および面外(c)方向のHc2を抽出し、スピンパラメトリック制限を評価。
• Pauli極限との比較とHc2(ab)およびHc2(c)からの異方性γの評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 La2.82Sr0.18Ni2O7薄膜におけるabおよびc方向の臨界場Hc2はいくらか。
• RQ2 特にHc2(ab)に対するスピンパラメトリック対崩壊の影響はどの程度か。
• RQ3 厚さ駆動の次元転換は生じるか、2Dから3D超伝導への転換を示すか。
• RQ4 異方性比γはどの程度か、バルクニッケレートと比較してどうか。

主な発見

• Hc2(ab)はスピンパラメトリック対崩壊に強く抑制され、Pauli極限に近づく（Hc2(Pauli)=58 T）。
• Hc2(c)はスピンパラメトリック効果の影響を受けにくい。
• 測定された異方性γは約1.34で、上部臨界場の異方性が低下していることを示す。
• 約6 nm（3単位胞膜）の厚さは intrinsicな三次元バルク様超伝導への転換を示す。
• 全体として、高磁場相図の重要なスピンパラメトリック効果を伴う三次元バルク様超伝導状態を支持する。