[論文レビュー] Temperature and Spatial Dependence of the Superconducting and Pseudogap of NdFeAsO0.86F0.14

Minghu Pan, Xuexia He+8 more|ArXiv.org|Aug 6, 2008

Iron-based superconductors research参考文献 10被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、空間的に分解能のある走査トンネル顕微鏡/スペクトロスコピー（STM/STS）を用いて、鉄系超伝導体NdFeAsO0.86F0.14（Tc = 48 K）における超伝導状態および擬似ギャップ状態を調査した。2つの異なる超伝導ギャップ（18 meVおよび9 meV）が、異なる空間的領域に存在することが判明し、そのうち小さいギャップ（9 meV）のみがBCSに類似した挙動を示した。Tcを超えて上では、擬似ギャップがTcよりわずかに高い温度で急激に開き、120 Kで閉じることから、銅酸化物超伝導体とは異なり、競合する秩序パラメータを示していることが示された。

ABSTRACT

The discovery of superconductivity with a critical temperature exceeding 55 K in the iron-oxypnictides and related compounds has quite suddenly given the community a new set of materials - breaking the tyranny of copper. This new class of materials raises fundamental questions related to the origin of the electron pairing in the superconducting state and to the similarity to superconductivity in the cuprates. Here, we report spatially resolved measurements using scanning tunneling microscopy/spectroscopy (STM/STS) of the newly discovered iron-based layered superconductor NdFeAsO0.86F0.14 (Tc = 48 K) as a function of temperature. The tunneling spectra at 17 K show a suppression of spectral intensity within +/- 10 meV, indicative of the opening of the superconducting gap (SG). Below Tc, the sample exhibits two characteristic gaps - a large one (18 meV) and a small one (9 meV) - existing in different spatial locations. Both gaps are closed above Tc at the bulk Tc, but only the small gap can be fitted with a superconducting gap function. This gap displays a BCS - like order parameter. Above Tc, at the same location where the small gap was observed, a pseudogap (PG) opens abruptly at a temperature just above Tc and closes at 120 K. In contrast to the cuprates, the SG and PG have competing order parameters.

研究の動機と目的

• 鉄系超伝導体NdFeAsO0.86F0.14における超伝導状態および擬似ギャップ状態の空間的・温度的依存性を調査すること。
• 観察されたギャップがBCSに類似した挙動を示すか、それとも従来の超伝導性から逸脱しているかを特定すること。
• 超伝導ギャップと擬似ギャップの関係を明確にすること、特に両者が共存しているか、あるいは競合しているかを解明すること。
• 銅酸化物超伝導体と比較して、鉄系超伝導体における擬似ギャップの挙動、特に開始温度と秩序パラメータの対称性に関して調査すること。

提案手法

• NdFeAsO0.86F0.14表面の空間的分解能を有するトンネルスペクトルを取得するために、走査トンネル顕微鏡/スペクトロスコピー（STM/STS）が用いられた。
• 測定は、バルクの臨界温度Tc = 48 K未満および超過するさまざまな温度で実施された。
• スペクトル解析では、局所的状態密度における超伝導ギャップ（SG）および擬似ギャップ（PG）の特徴の特定に注力した。
• 秩序パラメータの性質を評価するために、BCSに類似した超伝導ギャップ関数をデータにフィットさせた。
• 空間マッピングを用いて、異なるギャップ値が表面の特定の原子スケールの領域とどのように関連しているかを相関させた。
• ギャップの温度依存性を分析し、擬似ギャップの開始および閉じる温度を特定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NdFeAsO0.86F0.14では複数の超伝導ギャップが共存しており、もしそうならそれらは空間的に分離しているか？
• RQ2 小さい超伝導ギャップ（9 meV）はBCSに類似した挙動を示すか？また、大きなギャップと比べてどう異なるか？
• RQ3 擬似ギャップはTcを超えてどの温度で開くのか？また、それは明確なエネルギースケールと整合するか？
• RQ4 この鉄系超伝導体における擬似ギャップは、超伝導状態と競合していると見なせるか？それともその前駆的状態であるか？
• RQ5 NdFeAsO0.86F0.14における擬似ギャップの挙動は、銅酸化物超伝導体と比べてどのように異なるか？

主な発見

• 17 Kで観察されたトンネルスペクトルには、±10 meVの範囲でスペクトル強度の抑制が見られ、超伝導ギャップの開口を示している。
• 2つの明確に異なる超伝導ギャップが観測された：表面の異なる空間的位置に存在する18 meVの大きなギャップと、9 meVの小さなギャップ。
• 9 meVギャップはBCSに類似した挙動を示し、超伝導ギャップ関数によって良好に記述可能であるが、18 meVギャップはこのモデルに適合しない。
• Tcを超えて上では、擬似ギャップがTcよりわずかに高い温度で急激に開き、120 Kで閉じることから、擬似ギャップ状態に明確なエネルギースケールが存在することが示された。
• 擬似ギャップと超伝導ギャップは、銅酸化物超伝導体で観察される挙動とは対照的に、競合する秩序パラメータを有することが判明した。
• ギャップの空間的不均一性は、この鉄系超伝導体における強い電子的相分離、または局所的な電子的対称性の変化を示唆している。