[論文レビュー] Strong Electronic Interaction and Signatures of Nodal Superconductivity in Zr$_5$Pt$_3$C$_x$

S. T. Renosto, R. Lang+6 more|arXiv (Cornell University)|Sep 13, 2018

Nuclear Materials and Properties被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、Zr₅Pt₃Cₓの特性を調査し、約7 Kでバルク超伝導を示すことが判明した。強い電子-電子相互作用と非単純なノードを持つ超伝導の兆候も観察された。X線光電子分光法とDFT/PWLO計算により、高密度の状態を有する複雑なフェルミ表面が確認された。温度依存の浸透深度および電子比熱の測定結果は、BCS s波の予想とは乖離しており、ノードを持つペアリングを示唆している。

ABSTRACT

The physical properties of the Zr$_5$Pt$_3$ compound with interstitial carbon in hexagonal D8$_8$-structure was investigated. A set of macroscopic measurements reveal a bulk superconducting at approximately 7 K for Zr$_5$Pt$_3$C$_{0.3}$ close to Zr$_5$Pt$_3$, also with a correlate anomalous resistivity behavior. However, both the signatures of strong electron-electron interaction, and the electronic contribution to specific heat, increase dramatically with the C doping. For the first time the x-ray photoelectron spectra compared with DFT/PWLO calculations of electronic structure show a complex Fermi surface with high density of states for Zr$_5$Pt$_3$. Also results show the signature of unconventional superconductivity. Indeed, was observed an unusual behavior for lower and upper critical field diagrams of Zr$_5$Pt$_3$C$_{0.3}$. The temperature dependence of penetration length and electronic contribution to specific heat suggests that electronic pairing deviates of $s$-wave the BCS scenario.

研究の動機と目的

• Zr₅Pt₃Cₓにおける間隙炭素ドーピングが及える電子的および超伝導的性質を理解すること。
• 強い電子-電子相互作用が超伝導的性質に与える影響を調査すること。
• Zr₅Pt₃C₀.₃における超伝導状態が単純なものか、非単純なものかを特定すること。
• XPSおよびDFT計算による電子構造とマクロスコピックな超伝導的兆候の相関を調べること。
• 臨界磁場および比熱測定を通じて、超伝導ギャップの性質を評価すること。

提案手法

• 超伝導転移を調べるため、抵抗率、比熱、磁化率のマクロスコピック測定を実施する。
• 電子構造および価数状態を調べるため、X線光電子分光法（XPS）を実施する。
• 平面波を用いた密度汎関数理論（DFT/PWLO）を用いて、電子構造およびフェルミ表面のトポロジーを計算する。
• 温度依存の浸透深度の分析により、超伝導ギャップの対称性を推定する。
• ギンツブルグ＝ランダウパラメータおよびペアリング機構を評価するため、上臨界磁場および下臨界磁場を測定する。
• 電子比熱データをBCS予想と比較し、非単純ペアリングを示す乖離を検出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Zr₅Pt₃における炭素ドーピングはバルク超伝導を誘発するか？その転移温度はどの程度か？
• RQ2 Zr₅Pt₃Cₓにおける超伝導的性質の変化に、強い電子-電子相互作用が果たす役割は何か？
• RQ3 観察された超伝導的兆候は、単純なs波ペアリングと一致するか、それとも非単純なノードを持つペアリングと一致するか？
• RQ4 特にフェルミ準位における状態密度が、超伝導的挙動とどのように相関するか？
• RQ5 臨界磁場および浸透深度のデータは、超伝導ギャップの対称性について何を明らかにするか？

主な発見

• Zr₅Pt₃C₀.₃は、抵抗率および磁化率測定により確認されたように、約7 Kでバルク超伝導を示す。
• 炭素ドーピングに伴い、比熱の電子的寄与が顕著に増加し、強い電子-電子相互作用を示唆している。
• XPSおよびDFT/PWLO計算により、フェルミ準位付近に高い状態密度を有する複雑なフェルミ表面が明らかになった。
• 温度依存の浸透深度および比熱データは、BCS s波の予想とは乖離しており、ノードを持つ超伝導を示唆している。
• 下臨界磁場および上臨界磁場の図に見られる異常な挙動は、非単純なペアリング対称性をさらに支持している。
• マクロスコピックおよび分光的証拠を統合した結果、ノードを持つギャップ構造を有する非単純な超伝導状態であると結論づけられた。