[論文レビュー] Type-I superconductivity in single-crystal Pb2Pd

Arushi, Kapil Motla+7 more|arXiv (Cornell University)|May 13, 2021

Topological Materials and Phenomena参考文献 46被引用数 2

ひとこと要約

本研究では、磁化度、交流輸送、横磁場ミュオンスピン回析（TF-μSR）、および比熱測定に基づき、Pb₂Pdが3.0 ± 0.1 Kの転移温度を示すタイプI超伝導体であることが同定された。等方的でBCSに類似したギャップ、比熱の飛び、およびギンツブルグ＝ランダウパラメータ（κ < 1/√2）は、この単結晶材料における中程度に結合したタイプI超伝導性を確認するものである。

ABSTRACT

We have investigated the superconducting properties in a single crystal of a new superconductor Pb$_{2}$Pd via various techniques including magnetization, AC transport, transverse field muon spin rotation and relaxation (TF-$\mu$SR), and heat capacity. Pb$_{2}$Pd crystallizes in a body-centred tetragonal structure with space group I4/$mcm$. All measurements confirm the superconducting transition temperature, T$_{C}$ = 3.0 $\pm$ 0.1 K. Electronic specific heat data are well described by the BCS fitting, suggesting that Pb$_{2}$Pd opens an isotropic gap on entering the superconducting state. The specific heat jump and $\lambda_{e-ph}$ value categorize Pb$_{2}$Pd as a moderately coupled superconductor. Magnetization and transverse field muon spin rotation measurements along with Ginzburg-Landau parameter, $\kappa$ < 1/$\sqrt{2}$ strongly infers that Pb$_{2}$Pd is a type I superconductor.

研究の動機と目的

• 複数の実験的手法を用いて単結晶Pb₂Pdの超伝導転移温度（Tc）を特定すること。
• 電子比熱測定を通じてPb₂Pdの超伝導ギャップの性質を調査すること。
• ギンツブルグ＝ランダウパラメータとミュオンスピン回析データを用いて、Pb₂PdをタイプIまたはタイプII超伝導体に分類すること。
• 比熱の飛びとBCSフィッティングを用いて電子-格子励起子結合の強さを評価すること。

提案手法

• 体積超伝導転移およびマイスナー効果を調べるための磁化度測定。
• 超伝導転移の確認および零抵抗の急激な開始を検出するための交流輸送測定。
• 磁場浸透深さおよび局所磁場分布を調べるための横磁場ミュオンスピン回析（TF-μSR）測定。
• 電子比熱を抽出し、Tcにおける比熱の飛びを分析するための比熱測定。
• 電子比熱データのBCSフィッティングにより、超伝導ギャップおよび結合定数を決定すること。
• 上臨界磁場およびコherence長の推定値からギンツブルグ＝ランダウパラメータ（κ）を計算し、超伝導タイプを分類すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 単結晶Pb₂Pdの超伝導転移温度Tcは何か？
• RQ2 電子比熱の観点から、Pb₂Pdは等方的超伝導ギャップを示すか？
• RQ3 ギンツブルグ＝ランダウパラメータおよびミュオンスピン回析データに基づき、Pb₂PdはタイプIまたはタイプII超伝導体か？
• RQ4 比熱の飛びとBCSフィッティングから、Pb₂Pdにおける電子-格子励起子結合の強さは何か？
• RQ5 Pb₂Pdの磁場浸透深さおよび局所磁場分布は、それがタイプI超伝導体として分類されることをどのように支持するか？

主な発見

• Pb₂Pdの超伝導転移温度Tcは3.0 ± 0.1 Kであり、磁化度、交流輸送、比熱測定によって確認された。
• 電子比熱データはBCS理論によく適合しており、超伝導状態における等方的超伝導ギャップを示している。
• Tcにおける比熱の飛びおよび導出された電子-格子励起子結合定数λₑₚₕは、Pb₂Pdが中程度に結合した超伝導体であることを示している。
• ギンツブルグ＝ランダウパラメータκは1/√2未満であることが判明し、これはタイプI超伝導性を特徴づける基準である。
• 横磁場ミュオンスピン回析（TF-μSR）測定では、均一な磁場浸透深さが観測され、タイプIの挙動と整合的である。
• 磁化度およびTF-μSRデータは、Pb₂Pdが外部磁場下でもヴォルテックス状態を示さないタイプI超伝導体であることを総合的に支持している。