[論文レビュー] Phase-Sensitive measurements on the corner junction of iron-based superconductor BaFe1.8Co0.2As2

Yurong Zhou, Yanrong Li+7 more|ArXiv.org|Dec 17, 2008

Iron-based superconductors research被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、超伝導量子干渉装置（SQUID）装置を用いて、鉄系超伝導体BaFe1.8Co0.2As2のコーナージャンクションにおける最初の位相感受性測定を報告する。零磁場で最大値を示す対称的なフラウンホーファー回折パターンは、a-c面とb-c面の間で位相のずれがないことを示し、銅酸化物超伝導体に特徴的なd波対称性ではなく、s波に類似した対称性を示唆する。

ABSTRACT

We have made a phase-sensitive measurement on the corner junction of the iron-based superconductor BaFe1.8Co0.2As2, and observed the typical Fraunhofer-like diffraction pattern. The result suggests that there is no phase shift between the a-c face and b-c face of a crystal, which indicates that the superconducting wavefunction of the iron based superconductor is different from that of a cuprate superconductor.

研究の動機と目的

• 鉄系超伝導体、特にBaFe1.8Co0.2As2における超伝導波動関数の対称性を特定すること。これは、d波とs波の対称性モデルの間で議論が続いている。
• 銅酸化物超伝導体におけるd波対称性の主要な特徴である、結晶学的面間での超伝導オーダーパラメータのπ位相差が存在するかどうかを検証すること。
• 位相感受性コーナージャンクションを用いて、鉄系超伝導体における対称性の直接的な実験的プローブを確立すること。
• 鉄系超伝導体が銅酸化物超伝導体に類似しているのか、それとも従来の超伝導体に類似しているのかをめぐる、矛盾する理論的および実験的証拠を解消すること。

提案手法

• クリーブ面を自然なバリアとして用い、単結晶BaFe1.8Co0.2As2をコーナージャンクションに加工し、電気的接触には40 nmのAuおよび300 nmのPb層を用いた。
• 自作のNbTi超伝導コイルを用いて、-800 mGから+800 mGの磁場を印加し、1.8–4.2 Kで測定を実施した。
• 抵抗性シャントを備えた電流-電圧（I-V）配置を用いて、磁束関数としての臨界電流を測定し、動的抵抗を用いて臨界電流を高精度で検出した。
• 二重超伝導体シールド（内側にPb、外側にNb）を用いて、磁気シールドを確保し、外部フラックス干渉を最小限に抑えた。
• 複数回の熱サイクルおよび複数のサンプルで回折パターンを再現し、フラックストラッピングやアーティファクトの影響を除外した。
• 理論的モデルと照らし合わせて臨界電流パターンを分析した。s波の場合はフラウンホーファー型（零磁場で最大値）、d波の場合はπシフト型（零磁場で最小値）である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銅酸化物超伝導体と同様に、BaFe1.8Co0.2As2の超伝導波動関数がa-c面とb-c面の間でπ位相差を示すか？
• RQ2 位相感受性コーナージャンクション実験は、鉄系超伝導体におけるs波とd波の対称性を区別できるか？
• RQ3 観測された回折パターンは、従来のs波対称性か、非単純なd波対称性か、どちらに一致するか？
• RQ4 臨界電流パターンに位相差がないという事実は、この鉄系超伝導体においてd波対称性が成立しないことを示唆するか？

主な発見

• コーナージャンクションの臨界電流は、零磁場で最大値を示す対称的なフラウンホーファー回折パターンを示し、a-c面とb-c面の間で位相のずれがないことを示している。
• 観測された回折パターンは、s波対称性の理論的予測と一致しており、銅酸化物超伝導体におけるd波対称性が予想するπ位相差付きの最小値とは一致しない。
• 複数のサンプルおよび熱サイクルにわたって再現可能であり、フラックストラッピングや実験的アーティファクトの影響は除外された。
• 臨界電流は広い範囲（20 μAから3 mA）で測定可能であり、急峻な遷移を示しており、高品質なジャンクション性能を確認した。
• データは、BaFe1.8Co0.2As2における超伝導オーダーパラメータが、高Tc銅酸化物超伝導体に特徴的なd波対称性を示さないことを強く示唆する。
• 本研究の結果は、この鉄系超伝導体における対称性がs波に類似した性質であることを直接的な実験的証拠として提供する。