[論文レビュー] Universal heat conduction in the iron-arsenide superconductor KFe2As2 : Evidence of a d-wave state

Jean Philippe Reid, Tanatar, M. A.+13 more|arXiv (Cornell University)|Jan 16, 2012

Iron-based superconductors research被引用数 10

ひとこと要約

本研究は、不純物散乱に依存しない普遍的な熱伝導を示すことで、鉄ヒ素化物超伝導体KFe₂As₂がd波対称性を示す強力な証拠を提供している。50 mKまで測定された熱伝導度は、不純物散乱に対して頑健な線形残留項κ₀/Tを示し、dₓ²⁻y²対称性に起因する対称性によって強制されたノードに一致するが、偶然のノードを持つs波状態とは一致しない。

ABSTRACT

The thermal conductivity of the iron-arsenide superconductor KFe2As2 was measured down to 50 mK for a heat current parallel and perpendicular to the tetragonal c-axis. A residual linear term (RLT) at T=0 is observed for both current directions, confirming the presence of nodes in the superconducting gap. Our value of the RLT in the plane is equal to that reported by Dong et al. [Phys. Rev. Lett. 104, 087005 (2010)] for a sample whose residual resistivity was ten times larger. This independence of the RLT on impurity scattering is the signature of universal heat transport, a property of superconducting states with symmetry-imposed line nodes. This argues against an s-wave state with accidental nodes. It favors instead a d-wave state, an assignment consistent with five additional properties: the magnitude of the critical scattering rate for suppressing Tc to zero; the magnitude of the RLT, and its dependence on current direction and on magnetic field; the temperature dependence of the thermal conductivity.

研究の動機と目的

• 熱伝導度をプローブとして用いて、鉄ヒ素化物超伝導体KFe₂As₂における対称性を特定すること。
• 対称性によって強制されたノードを有するd波対称性と、偶然のノードを有するs波対称性を区別すること。
• 変動する不純物散乱および磁場下におけるノード状クーパー対準粒子の頑健性を調査すること。
• 観測された熱輸送挙動が、d波超伝導体の理論的予測と整合するかを検証すること。

提案手法

• c軸に平行および垂直な熱電流に対して、単結晶KFe₂As₂の熱伝導度κを50 mKまで測定した。
• Abrikosov-Gorkov式を用いて、不純物によるTcの低下を臨界散乱率Γcと関連付けた。
• κ/TのT²依存性を分析して準粒子寄与を抽出し、不純物帯域幅γを推定した。
• κ₀/Tの磁場依存性を測定し、ストロベリーオーバーラップによる準粒子励起を調べた。
• d波およびs波超伝導体の理論モデルと比較し、温度および磁場依存性を検証した。
• 異なる残留抵抗比（RRR）を有する試料間でデータを正規化し、内在的輸送挙動を分離した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 不純物散乱の変動に対しても、熱伝導度の残留線形項κ₀/Tが変化しないことは、普遍的熱輸送を示唆するか？
• RQ2 観測されたノード状準粒子挙動は、d波ギャップか、偶然の線形ノードを有するs波状態に一致するか？
• RQ3 低温におけるκ/Tの温度依存性は、d波およびs波ギャップの理論的予測とどのように比較されるか？
• RQ4 Tcをゼロに抑圧するために必要な臨界散乱率Γcは何か？これはd波対称性の期待値と一致するか？
• RQ5 κ₀/Tの磁場依存性は、超伝導ギャップ内のノードの存在をどのように反映するか？

主な発見

• 残留線形項κ₀/Tは不純物散乱に依存せず、高RRR試料では0.21 μΩ·cm·K⁻¹、低RRR試料では2.24 μΩ·cm·K⁻¹の値を示し、普遍的熱輸送を確認した。
• a軸に沿った電流に対する測定されたκ₀/Tは、ρ₀が10倍高い試料でDongらが報告した値と同一であり、不純物に対して頑健であることを示した。
• κ/Tの温度依存性は0.3 K未満で明確なT²依存性を示し、κₐ/T = (κₐ₀/T)(1 + 23 T²)と一致し、d波準粒子および不純物散乱効果に一致する。
• Tcをゼロに抑圧するために必要な臨界散乱率Γcは、d波対称性に期待されるようにTc₀のオーダーであり、最適ドーピングBaFe₂As₂では50×Tc₀の値と対照的である。
• κ₀/Tの磁場依存性は非単調に上昇し、クリーンなd波超伝導体の理論的予測と非常に良好に一致した。
• 観測されたT²依存性および磁場応答は、このようなT²スケーリングを示さない拡張s波ギャップとは一致しない。