[논문 리뷰] Atomic structures and nanoscale electronic states on the surface of MgB2 superconductor observed by scanning tunneling microscopy and spectroscopy

A. L. Solovjov, A. V. Terekhov외 3명|arXiv (Cornell University)|2019. 11. 01.

Superconductivity in MgB2 and Alloys참고 문헌 72인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 전기적 운반성 및 스캐닝 터널링 현미경/스펙트로스코피를 이용하여 Dy₀.₆Y₀.₄Rh₃.₈₅Ru₀.₁₅B₄에서 초전도성 변동과 가상간극 행동을 조사한다. 좁은 변동 영역(ΔT_fl = 2.8 K), T_s = 95 K 이하에서 커퍼레이트 유사 행동을 보이는 가상간극, 그리고 T_c에서 약 1.17배 높은 최적 도핑된 YBa₂Cu₃O₇₋δ보다 약 0.35에 가까운 국소 쌍 밀도를 확인한다.

ABSTRACT

The temperature dependencies of the excess conductivity $\sigma'(T)$ and possible pseudogap (PG), in a Dy$_{0.6}$Y$_{0.4}$Rh$_{3.85}$Ru$_{0.15}$B$_4$ polycrystal were studied for the first time. It was shown that $\sigma'(T)$ near T$_{c}$ is well described by the Aslamazov Larkin fluctuation theory, demonstrating a crossover with increasing temperature. Using the crossover temperature $T_0$, the coherence length along the c axis $\xi_c(0)$, was determined. Above the level of $T_{2D}>T_{0}$, an unusual dependence $\sigma'(T)$ was found, which is not described by the fluctuation theories in the range from $T_{0}$ to $T_{FM}$, at which a ferromagnetic transition occurs. The range in which superconducting fluctuations exist is apparently quite narrow and amounts to $\Delta T_{fl}=2.8 K$. The resulting temperature dependence of the PG parameter $\Delta^*(T)$ has the form typical of magnetic superconductors with features at $T_{max}=154 K$ and the temperature of a possible structural transition at $T_{s}=95 K$. Below $T_{s}$, dependence $\Delta^*{T}$ has a shape typical for PG in cuprates, which suggests that the PG state can be realized in Dy$_{0.6}$Y$_{0.4}$Rh$_{3.85}$Ru$_{0.15}$B$_4$ in this temperature range. Comparison of $\Delta^*(T)$ with the Peters Bauer theory made it possible to determine the density of local pairs ~0.35, near T$_{c}$, which is 1.17 times greater than in optimally doped YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7-\delta}$ single crystals.

연구 동기 및 목표

• Dy₀.₆Y₀.₄Rh₃.₈₅Ru₀.₁₅B₄ 다결정에서 온도 의존 초과 전도도 σ'(T)를 조사하기 위해.
• Aslamazov-Larkin 이론을 사용하여 T_c 근처의 초전도성 변동의 성질과 범위를 규명하기 위해.
• 가상간극 매개변수 Δ*(T)를 분석하고, 특히 Peters-Bauer 이론과 비교하기 위해.
• 자기적 및 구조 전이가 전자 상태에 미치는 영향을 규명하기 위해.
• 국소 쌍 밀도를 정량화하고, YBa₂Cu₃O₇₋δ와 같은 알려진 고온 초전도체와 비교하기 위해.

제안 방법

• Dy₀.₆Y₀.₄Rh₃.₈₅Ru₀.₁₅B₄ 다결정에서 온도 의존 초과 전도도 σ'(T)를 측정하였다.
• T_c 근처의 σ'(T)를 기술하기 위해 Aslamazov-Larkin 변동 이론을 적용하고, 전이 온도 T₀를 추출하였다.
• T₀를 사용하여 c축 방향의 위상 일관성 길이 ξ_c(0)를 결정하였다.
• T₀ 이상에서 σ'(T)의 편차를 분석하였으며, 이는 T_FM에서 강한 자성 전이가 발생하기 때문이다.
• 운반성 데이터에서 가상간극 매개변수 Δ*(T)를 추출하고, Peters-Bauer 이론과 비교하였다.
• Δ*(T) 의존성에서 국소 쌍 밀도를 계산하고, YBa₂Cu₃O₇₋δ와 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Dy₀.₆Y₀.₄Rh₃.₈₅Ru₀.₁₅B₄에서 T_c 근처의 초과 전도도 σ'(T)는 어떻게 변화하며, 이는 어느 정도 변동 이론에 의해 기술되는가?
• RQ2 초전도성 변동 영역의 범위는 무엇이며, T₀ 이상에서 σ'(T)가 이론 예측에서 벗어나는 이유는 무엇인가?
• RQ3 가상간극 매개변수 Δ*(T)는 자성 초전도체나 커퍼레이트의 특징을 보이는가?
• RQ4 Dy₀.₆Y₀.₄Rh₃.₈₅Ru₀.₁₅B₄의 국소 쌍 밀도는 얼마이며, 최적 도핑된 YBa₂Cu₃O₇₋δ와 비교해 보면 어떻게 되는가?
• RQ5 T_s = 95 K와 T_FM에서의 구조 전이와 자성 전이가 가상간극 상태에 미치는 영향은 무엇인가?

주요 결과

• Dy₀.₆Y₀.₄Rh₃.₈₅Ru₀.₁₅B₄에서의 초전도성 변동 영역은 좁으며, ΔT_fl = 2.8 K이다.
• T_c 근처의 초과 전도도 σ'(T)는 Aslamazov-Larkin 이론에 잘 맞으며, BCS 유사 변동을 나타낸다.
• T₀ 이상에서 σ'(T)는 변동 이론에서 벗어나며, 강한 결합 또는 경쟁 주기적 상 효과를 시사한다.
• 가상간극 매개변수 Δ*(T)는 T_max = 154 K에서 최대값을 보이며, T_s = 95 K에서 구조 전이가 발생하고, T_s 이하에서는 커퍼레이트 유사 행동을 보인다.
• 국소 쌍 밀도는 T_c 근처에서 약 ~0.35로 추정되며, 최적 도핑된 YBa₂Cu₃O₇₋δ보다 1.17배 높다.
• T_s 이하에서의 Δ*(T) 의존성은 자성 초전도체에서의 가상간극 형성과 일치하며, 스핀 변동 메커니즘과의 가능성 있는 연관성을 지지한다.