[論文レビュー] Strong coupling superconductivity at 8.4 K in an antiperovskite phosphide SrPt3P

T. Takayama, K. Kuwano+4 more|arXiv (Cornell University)|May 8, 2012

Thermal Expansion and Ionic Conductivity被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、臨界温度8.4 Kの強結合s波超伝導を示す反ペロブスカイトホスファイドSrPt3Pにおける超伝導特性が報告されている。比熱およびホール抵抗率の測定から、大きな超伝導ギャップ対Tc比（2Δ₀/kBTc ≈ 5）と強い電子-格子励振子結合の証拠が得られ、複数のバンドが存在するフェルミ表面ポケットが低エネルギー格子振動子への結合を強化している可能性が示唆されている。

ABSTRACT

We report the discovery of a family of ternary platinum phosphides APt3P (A = Ca, Sr and La), which crystallize in an antiperovskite-based structure closely related to that of the heavy fermion superconductor CePt3Si. All three phosphides showed superconductivity at low temperatures and the highest critical temperature Tc = 8.4 K was observed for SrPt3P. The analysis of specific heat C(T) for SrPt3P shows clear evidence for very strong coupling s-wave superconductivity with a large ratio between superconducting gap D0 and Tc, 2D0/kBTc ~ 5, and the presence of low-energy phonons. The presence of multiple Fermi surface pockets was inferred from the nonlinear magnetic field dependence of Hall resistivity, which we argue might play a role in realizing the strong coupling of charge carriers with the low lying phonons.

研究の動機と目的

• 反ペロブスカイト構造を有する新しい三元プラチナホスファイド系の超伝導特性を調査すること。
• 特に結合強度と対称性の性質を明らかにすることを目的としたSrPt3Pにおける超伝導の性質を特定すること。
• 電子構造と低エネルギー格子振動子が電子ボソン結合を強化する役割を果たすメカニズムを調査すること。
• 比熱および輸送測定を通じて、この系における強結合の起源を解明すること。

提案手法

• 固体反応法を用いた単結晶SrPt3Pおよび関連化合物（CaPt3P、LaPt3P）の合成。
• 比熱C(T)の測定により、超伝導ギャップパラメータの抽出と強結合の確認。
• 磁場下におけるホール抵抗率の分析により、フェルミ表面のトポロジーと多バンド性の解明。
• BCS-ボーズアインシュタイン凝縮遷移モデルを用いて、大きなギャップ比2Δ₀/kBTc ≈ 5を解釈。
• 類似構造を有する既知の重フェルミオン超伝導体CePt3Siとの比較。
• 比熱および輸送データを用いた低エネルギー格子振動子の同定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SrPt3Pにおける対称性および結合強度は何か？強結合行動を示すか？
• RQ2 フェルミ表面の性質は、この反ペロブスカイト系における電子-格子励振子結合にどのように影響するか？
• RQ3 SrPt3Pで観測された大きな超伝導ギャップ対Tc比の起源は何か？
• RQ4 低エネルギー格子振動子は、超伝導対称性形成機構にどの程度寄与しているか？
• RQ5 SrPt3Pの電子構造は、類縁の重フェルミオン超伝導体CePt3Siと比較してどのように異なるか？

主な発見

• SrPt3PはTc = 8.4 Kで超伝導を示し、APt3P（A = Ca, Sr, La）系の中で最高のTcを示す。
• 比熱データから、2Δ₀/kBTc ≈ 5の大きなギャップ比が得られ、強結合s波超伝導であることが示唆される。
• 低エネルギー格子振動子が、電子ボソン結合の強化要因であることが特定された。
• ホール抵抗率の非線形的磁場依存性から、複数のフェルミ表面ポケットが存在することが明らかになった。
• フェルミ表面の多バンド性が、低エネルギー格子振動子との強い結合を媒介すると提案されている。
• 非常な対称性の証拠は認められず、強力な電子-格子励振子相互作用によって強化された従来型s波メカニズムであると支持されている。