[論文レビュー] Unconventional Superconductivity in the Vicinity of Strong First-Order Helimagnetic Transition in CrAs: ^75As-Nuclear Quadrupole Resonance Study

Hisashi Kotegawa, Hideki Tou+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 14, 2014

Iron-based superconductors research被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、一次相転移に近いヘリマグネティック転移近くでの圧力下における75As-核四極子共鳴（NQR）を用いて、CrAsにおける超伝導性を調査した。相分離状態が明らかとなり、強力な一次相転移的HM-PM転移が観察され、量子臨界点は存在せず、PM相においても持続的な磁気フラクチュエーションが確認された。超伝導状態における1/T₁のコher-エンスピークの不在は、CrAsが最初のCrを基とする非単純超伝導体であることを確認する。

ABSTRACT

Pressure-induced superconductivity was recently discovered in the binary helimagnet CrAs. We report the results of measurements of nuclear quadrupole resonance for CrAs under pressure. In the vicinity of the critical pressure P_c between the helimagnetic (HM) and paramagnetic (PM) phases, a phase separation is observed. The large internal field remaining in the phase-separated HM state indicates that the HM phase disappears through a strong first-order transition. This indicates the absence of a quantum critical point in CrAs; however, the nuclear spin-lattice relaxation rate 1/T_1 reveals that substantial magnetic fluctuations are present in the PM state. The absence of a coherence effect in 1/T_1 in the superconducting state provides evidence that CrAs is the first Cr-based unconventional superconductor.

研究の動機と目的

• 圧力下におけるCrAsの磁気相転移の性質、特に臨界圧力P_c近傍での挙動を調査すること。
• CrAsにおけるヘリマグネティック-順磁相転移に量子臨界点が存在するかどうかを特定すること。
• 核スピン-格子緩和を用いて、順磁相における電子的および磁気的フラクチュエーションを調べること。
• NQRを用いて超伝導ギャップ構造を分析することで、CrAsにおける超伝導のペアリング対称性を同定すること。

提案手法

• 水圧を印加したCrAsにおける75As-NQR測定を実施し、局所的な電子的および磁気的性質をプローブした。
• 核スピン-格子緩和率1/T₁の分析により、順磁状態における磁気フラクチュエーションの強度およびダイナミクスを評価した。
• NQR共鳴周波数およびスリット幅の変化をモニタリングし、ヘリマグネティック相における相分離および内部磁場を検出した。
• 超伝導状態における1/T₁の温度依存性を調べ、従来のペアリングを示すコher-エンスピークの有無を同定した。
• 圧力をチューニングパrameterとして用い、ヘリマグネティック-順磁相転移を越えて超伝導相へと系を駆動した。
• 観測されたNQR挙動を、量子臨界性および非単純超伝導性の理論的予測と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CrAsにおけるヘリマグネティック-順磁相転移は、量子臨界的挙動を示すのか、それとも一次相転移的性質を示すのか？
• RQ2 臨界圧力に近いCrAsの順磁相における磁気フラクチュエーションの性質は何か？
• RQ3 超伝導状態における核スピン-格子緩和率1/T₁にコher-エンスピークが観察されるか、これは従来のペアリングを示唆するか？
• RQ4 臨界圧力P_c付近におけるNQRスペクトルに相分離がどのように現れるか？
• RQ5 1/T₁におけるコher-エンスピークの不在は、CrAs超伝導におけるペアリング対称性について何を示唆するか？

主な発見

• ヘリマグネティック相が臨界圧力P_cで強い一次相転移を経て消失し、相分離状態においても大きな内部磁場が持続することから、その事実が裏付けられた。
• 相転移が不連続的であり、臨界フラクチュエーションと関連しないことから、CrAsには量子臨界点は存在しない。
• 核スピン-格子緩和率1/T₁の温度依存性から、順磁相においても顕著な磁気フラクチュエーションが持続していることが示された。
• 超伝導状態における1/T₁にコher-エンスピークが観察されないことから、CrAsにおける非単純ペアリングの直接的証明が得られた。
• NQRデータおよびコher-エンスピークの不在に基づき、CrAsは最初のCrを基とする非単純超伝導体として同定された。