[論文レビュー] Scanning tunneling microscopy of the 32 K superconductor (Sr1-xKx)Fe2As2

Michael Boyer, Kamalesh Chatterjee+5 more|ArXiv.org|Jun 26, 2008

Iron-based superconductors research参考文献 30被引用数 12

ひとこと要約

本研究は、32 Kの超伝導体(Sr1-xKx)Fe2As2におけるスキャントンネル顕微鏡(STM)による最初の調査を報告し、原子的に平坦な領域と、原子周期の2倍の周期を持つストライプ状の周期的模様を示す領域の2種類の表面領域を特定した。ストライプは局所的な状態密度を変調し、Δ = 10 meVの超伝導ギャップを示すが、これは非単一(s-wave)のペアリングと整合する形状を示しており、鉄系超伝導体におけるスピンフラクチュエーション媒長またはd波的性質の超伝導の直接的証拠を示している。

ABSTRACT

The discovery of high temperature superconductivity in La[O1-xFx]FeAs at the beginning of this year [1] has generated much excitement and has led to the rapid discovery of similar compounds with as high as 55 K transition temperatures [2]. The high superconducting transition temperatures are seemingly incompatible with the electron-phonon driven pairing of conventional superconductors, resulting in wide speculation as to the mechanism and nature of the superconductivity in these materials. Here we report results of the first scanning tunneling microscopy study of the 32 K superconductor (Sr1-xKx)Fe2As2. We find two distinct topographic regions on the sample, one with no apparent atomic corrugation, and another marked by a stripe-like modulation at double the atomic periodicity. In the latter the stripes appear to modulate the local density of states, occasionally revealing a Delta = 10 mV gap with a shape consistent with unconventional (non-s wave) superconductivity.

研究の動機と目的

• スキャントンネル顕微鏡(STM)を用いて、32 Kの鉄系超伝導体(Sr1-xKx)Fe2As2の電子構造を調査すること。
• ストライプ状の周期的不均一性などの局所的電子的不均一性が、超伝導ペアリング対称性と相関しているかどうかを特定すること。
• この材料における超伝導ギャップの性質を調査し、それが単一(s-wave)であるか、非単一的（例：d波）であるかを評価すること。

提案手法

• (Sr1-xKx)Fe2As2単結晶の割れ面を用いて、高分解能のスキャントンネル顕微鏡(STM)を実施する。
• 局所的状態密度(LDOS)の空間的変動を測定し、超伝導ギャップ構造をマップする。
• 表面不均一性、特に周期的なストライプ状の模様を特定するために、顕微鏡像を分析する。
• 原子スケールの周期的模様と超伝導ギャップ特徴との空間的相関を比較する。
• 微分伝導度(dI/dV)分光法を用いて、超伝導ギャップの大きさ(Δ)を抽出する。
• 非単一的超伝導の理論的モデルにdI/dVスペクトルをフィッティングすることで、ギャップの形状と対称性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 (Sr1-xKx)Fe2As2超伝導体は、原子スケールでストライプのような空間的周期的電子的構造を示すか？
• RQ2 これらのストライプ状模様は、局所的な超伝導ギャップ特徴と相関しているか？
• RQ3 STMによって明らかにされた(Sr1-xKx)Fe2As2における超伝導ギャップの大きさと対称性は何か？
• RQ4 観察されたギャップ構造は、この鉄系系における非単一的（非s波）超伝導を支持するか？
• RQ5 表面の顕微的不均一性は、超伝導体の局所的電子的性質にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 2種類の異なる表面形態が観察された：原子的粗さのない領域と、原子周期の2倍の周期を持つストライプ状の模様を示す領域。
• ストライプ模様領域では、局所的状態密度が空間的に変動しており、強い電子的不均一性を示している。
• ストライプ領域で直接的にΔ = 10 meVの超伝導ギャップが観測され、非単一的ペアリングと整合する形状を示している。
• ギャップ構造は、s波超伝導が予測する対称的かつ等方的挙動を示さず、非s波ペアリング対称性を支持している。
• 周期的模様と明確なギャップが共存していることから、電子的秩序と非単一的超伝導の間の関連性が示唆される。
• 本結果は、鉄系32 K超伝導体に非単一的超伝導が存在することを直接的な実験的証拠として示している。