[論文レビュー] Pronounced drop of $^{17}$O NMR Knight shift in superconducting state of Sr$_2$RuO$_4$

Andrej Pustogow, Yongkang Luo+10 more|arXiv (Cornell University)|Mar 29, 2019

Advanced Condensed Matter Physics参考文献 12被引用数 108

ひとこと要約

本研究は単軸ひずみ下での17O NMRを用い、Sr2RuO4が超伝導状態に入る際にスピン偏極が顕著に低下することを示し、既存の零ひずみ仮定による秩序パラメータの解釈に異を唱える。

ABSTRACT

The superconducting state in the quasi-two-dimensional and strongly correlated Sr$_2$RuO$_4$ is uniquely held up as a solid state analog to superfluid $^3$He-$A$, with an odd-parity order parameter that also breaks time reversal symmetry, and for which the vector order parameter has the same direction in spin space for all electron momenta. The recent discovery that uniaxial pressure causes a steep rise and maximum in transition temperature ($T_c$) in strained samples motivated the study of $^{17}$O nuclear magnetic resonance (NMR) that we describe in this article. A reduction of Knight shifts $K$ was observed for all strain values and temperatures $T

研究の動機と目的

• Sr2RuO4の超伝導秩序パラメータ探索を、ひずみ下でのスピン感受性を検証することで動機づける。
• 17O NMR Knight shiftを用いて、Tcを越えるスピン偏在をさまざまな単軸ひずみ下で検出する。
• ひずみ誘起Tcの増大が秩序パラメータの対称性の変化と相関するかを調査する。
• 先行の零ひずみKnight shift測定に潜むアーティファクトを評価し、TRSB観察と整合させる。

提案手法

• Sr2RuO4をa軸方向に単軸ストレスを適用してTc,max ≈ 3.5 Kまで Tcを調整する。
• 低磁場B0 ≪ Bc2で三つの酸素サイトO(1)、O(1′)、O(2)の17O NMR中心遷移測定を行いKnight shift(K)を抽出する。
• さまざまなひずみでTcを跨ぐ温度でKnight shiftsを解析し、中心遷移の四重極補正を考慮する。
• パルスエネルギー依存および時系列同期RA測定を用いて、測定中の加熱や過渡効果が観測シフトに与える影響を評価する。
• strained零ひずみの結果を既存の非ひずみ測定と比較し、提案された秩序パラメータとの整合性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 17O Knight shiftsから推定されるスピン感受性は、零ひずみおよびひずみ条件の下でSr2RuO4が超伝導状態に入ると低下するか？
• RQ2 単軸ひずみ（およびそれに伴うTcの増大）はKnight shiftと超伝導秩序パラメータの対称性の可能性にどう影響するか？
• RQ3 過去の零ひずみKnight shift結果とひずみ測定結果を整合させ得る実験的アーティファクト（パルス加熱、過渡状態など）はあるか？
• RQ4 ひずみ依存の結果は、ねじれたp波（法線方向dベクトル）を唯一の記述として排除するか？

主な発見

B (T)	f_ref (MHz)	O(1) ∥	O(1′) ⟂	O(2)
0.7107	4.0980	1.0	57.5	43.0
1.1573	6.6798	0.8	36.0	26.7
1.9980	11.5323	0.5	20.4	15.6

• ひずみ下で全三つのOサイトのKnight shiftはTc以下で顕著に低下を示し、超伝導状態でのスピン偏極Msの低下を示唆する。
• 零ひずみ測定は従来報告と異なり、従来の手法的なねじれたp波（平面外のdベクトル）解釈に challengeを与える。
• 零ひずみおよびvan Hove特異点（ひずみ下最大Tc）でも20 mKでスピン感受性が大幅に抑制され、場に依存してその程度が変化することから、すべてのトリプレット状態がデータと適合するとは限らない。
• より低い適用場の磁場（例：B0 ≈ 0.71 T）でKnight shiftの低下が大きくなる事例があり、可能なトリプレット状態に対する制約が強いことを示唆する。
• 時系列同期RF測定は高エネルギーパルス直後に一過性のノーマル様応答を示し、Knight shiftsの解釈には加熱効果と渦動力学を考慮する必要がある。
• εaa ∈ [0, εv]におけるひずみ全体でKnight shiftは滑らかに変化し、単軸圧力下での対称性変化を示す第一種転移分裂は観測されなかった。
• 総じて、直交方向の外向きトリプレット（dベクトルがz方向）の単純な説明には反すると考えられ、平面内ベクトルを持つ一部の奇パリティ状態を含む、代替的な偶・奇パリティ状態の可能性を検討する必要がある。