[論文レビュー] Reply to Comment on "Tip induced unconventional superconductivity on Weyl semimetal TaAs"

He Wang, Huichao Wang+9 more|arXiv (Cornell University)|Jul 11, 2016

Topological Materials and Phenomena参考文献 15被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、TaAsにおける非従来型超伝導の観察についての批判に応えるものであり、チップ誘発点接触スペクトロスコピーを用いて検証している。著者らは、従来の超伝導体とは整合しない特徴（二重ピーク、鋭い谷、ゼロバイアスピークを示す伝導度プラトー）が、常識的な材料由来のアーティファクトではなく、p波型対応と可能性のあるマヨラナゼロモードに起因すると主張し、Pb や Nb における臨界電流効果に起因するとする主張を反論している。

ABSTRACT

Recently, we presented a paper about the tip-induced superconducting phase on TaAs single crystal (arXiv:1607.00513). A conductance plateau with double conductance peaks at finite bias, sharp double dips and a zero bias conductance peak were observed in the point contact spectra (PCS). These three features in one PCS suggest the possibility of p-wave like superconductivity and Majorana zero modes in the surface. Soon after our paper posted on arXiv, Gayen el al. (arXiv:1607.01405) questioned the underlying mechanism of our observations based on their experimental measurements in conventional superconductors(Pb and Nb) and conclusively indicated that the superconductivity observed in our TaAs crystal is conventional. We disagree with their quick conclusion without any specific study on the TaAs materials. We will explain in the following that for the clean (Z=0) point contact (PC) in ballistic limit, the superconducting transition feature in temperature dependence of PC resistance is expected. And the critical current effect claimed by Gayen el al. cannot explain the observed PCS in our paper.

研究の動機と目的

• Gayen らが TaAs における観察された超伝導的特徴が従来型超伝導性に起因すると主張する主張に反論すること。
• Pb や Nb などの従来型超伝導体とは整合しない、二重ピーク、鋭い谷、ゼロバイアスピークを示す観察された伝導度特徴が、従来型超伝導体とは一致しないことを示すこと。
• Gayen らが提案した臨界電流効果が、TaAs における点接触スペクトルを説明できないことを示すこと。
• バルビン点接触測定に基づき、Weyl 半金属である TaAs における p波型超伝導性およびマヨラナゼロモードの可能性を再確認すること。

提案手法

• バルビンで清浄（Z=0）な状態における TaAs 単結晶に対して点接触スペクトロスコピー（PCS）を実施する。
• 温度依存抵抗を分析し、超伝導転移の特徴を特定する。
• 従来型超伝導体（Pb および Nb）のスペクトルと比較することで、従来型メカニズムを除外する。
• 理論的分析を用いて、観察された伝導度プラトーおよび二重ピークが、Weyl 半金属における非従来型対応と整合することを示す。
• Gayen らが挙げた臨界電流効果が、TaAs における観察されたスペクトル特徴を再現できないことを示す。
• TaAs の特異な電子状態（特に Weylフェルミオン表面状態）が、非従来型超伝導対応を支持することを主張する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 TaAs における観察された伝導度プラトー（二重ピークおよびゼロバイアスピークを伴う）は、従来型超伝導性によって説明可能か？
• RQ2 Pb や Nb などの従来型超伝導体における臨界電流効果は、TaAs における点接触スペクトルを説明するのに十分か？
• RQ3 TaAs のスペクトル特徴は、従来型 BCS 型超伝導性ではなく、p波型対応またはマヨラナゼロモードを示唆するか？
• RQ4 清浄な点接触において、バルク超伝導性が存在しないにもかかわらず、温度依存抵抗測定が超伝導転移の特徴を示すのはなぜか？
• RQ5 Weyl 半金属の表面状態は、非従来型超伝導対応を可能にする役割を果たすか？

主な発見

• Pb や Nb などの従来型超伝導体では、TaAs で観察されたような伝導度プラトー（有限バイアスにおける二重ピークおよび鋭いゼロバイアスピーク）を再現できない。
• Gayen らが提案した臨界電流効果は、TaAs の点接触測定で観察された特定のスペクトル特徴を説明できない。
• 清浄でバルビンな点接触において、バルク超伝導性がなくても抵抗の超伝導転移特徴が予想され、観察された信号の妥当性を支持する。
• TaAs のスペクトル特徴は、p波型対応および表面にマヨラナゼロモードが存在する可能性と整合する。
• Weylフェルミオン表面状態を含む TaAs の電子構造は、非従来型超伝導性に適した環境を提供する。
• 著者らは、観察された現象が従来型超伝導性由来のアーティファクトではなく、Weyl 半金属 TaAs の固有の性質であると結論づける。