[論文レビュー] Probing unconventional superconductivity in LiFeAs by quasiparticle interference

Steffen Sykora, Ronny Schlegel+5 more|arXiv (Cornell University)|Jun 21, 2011

Iron-based superconductors research参考文献 18被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、走査トンネル分光法を用いて測定された準粒子干渉（QPI）を用いて、LiFeAsにおける超伝導秩序パラメータを調査した。散乱は、ブリユアンゾーン中心におけるヴァン・ホーブ特異点付近のホール様バンドによって支配されており、QPIシミュレーションは単純なs波またはd波対称性を排除し、代わりに非単純なp波またはs+id波対称性が実験データと最も整合的であると示唆している。

ABSTRACT

The quasiparticle interference (QPI) in a superconductor sensitively depends on the symmetry of the superconducting order parameter. To probe it, scanning tunneling spectroscopy has proven a powerful technique, in particular for revealing the nature of unconventional superconductivity. A particularly well suited material to apply this technique is the stoichiometric superconductor LiFeAs as it features clean, charge neutral cleaved surfaces without surface states and a relatively high Tc 18 K. Here we show that in LiFeAs the quasiparticle scattering is governed by a vanHove singularity at the center of the Brillouin zone which is in stark contrast with other pnictide superconductors where nesting is crucial for both scattering and s -superconductivity. Indeed, within a minimal model and using the most elementary order parameters, calculations of the QPI suggest a dominating role of the hole-like bands for the quasiparticle scattering and in comparison with the QPI data do not support elementary singlet pairing symmetries (s - or d-wave). This brings to mind that a more unusual pairing symmetry such as an elementaryp-wave (which provides optimal agreement between the experimental data and QPI simulations) or a more complex order parameter (e.g. s +id-wave symmetry) is relevant in LiFeAs.

研究の動機と目的

• 走査トンネル分光法を用いた準粒子干渉（QPI）測定を用いて、LiFeAsにおける超伝導秩序パラメータの対称性を特定すること。
• 電子ネスティングのような従来の対称性メカニズムが、鉄系超伝導体LiFeAsにおける準粒子散乱を支配しているかどうかを評価すること。
• 実験的QPIデータに対して、基本的なスピンゼロ対称性（s波およびd波）が妥当であるかどうかを評価すること。
• LiFeAsにおける非単純な対称性、例えばp波または混合s+id波対称性の可能性を検討すること。

提案手法

• 清浄で電荷中性の割れ面を用いたLiFeAsの表面で、走査トンネル分光法（STS）を用いて準粒子干渉（QPI）を測定した。
• QPIパターンを解析して運動量空間における散乱特徴を抽出し、電子バンド構造と関連づけた。
• Γ点におけるヴァン・ホーブ特異点に注目した、最小限のタイトビンディングモデルを構築した。
• s波、d波、p波、s+id波を含む、さまざまな秩序パラメータ対称性を用いて理論的QPIシミュレーションを実施した。
• シミュレートされたQPIパターンを実験データと直接比較し、最も適合する対称性を同定した。
• フェルミ準拠付近のスペクトル重みおよびバンドの曲率を分析することで、ホール様バンドが散乱に与える影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LiFeAsにおける準粒子散乱の主な寄与要因は何か。また、それは電子バンド構造とどのように関係しているか。
• RQ2 LiFeAsにおける観測されたQPIパターンは、従来のs波またはd波対称性を支持しているか。
• RQ3 ブリユアンゾーン中心におけるヴァン・ホーブ特異点がQPI応答にどのように影響しているか。
• RQ4 LiFeAsに、p波やs+id波のような非単純な対称性の対称性の証拠があるか。
• RQ5 ホール様バンドが、この超伝導体における観測された準粒子干渉をどれほど支配しているか。

主な発見

• LiFeAsにおける準粒子散乱は、ブリユアンゾーン中心のヴァン・ホーブ特異点付近のホール様バンドによって主に支配されている。
• 実験的QPIパターンは、s波やd波のような基本的なスピンゼロ対称性を支持しない。
• 理論的シミュレーションと実験データとの間で最も良好な一致がp波対称性のモデルで達成された。
• より複雑な秩序パラメータ、例えばs+id波対称性も、QPIデータに良好に適合する。
• 散乱メカニズムにネスティング効果が欠如していることは、他の鉄系超伝導体とは顕著に異なる。
• 結果から、スピン三重項または混合対称状態を含む非単純な対称性メカニズムがLiFeAsにおいて関連している可能性が示唆される。