[논문 리뷰] Emergence of a superconducting state from an antiferromagnetic phase in single crystals of the heavy fermion compound Ce2PdIn8

D. Kaczorowski, Adam Pikul외 2명|ArXiv.org|2009. 06. 10.

Rare-earth and actinide compounds참고 문헌 1인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 Tc = 0.68 K에서 임계 전이 온도가 10 K인 장거리 반자성(AF) 상태에서 유래하는 고중성자 초전도체인 단일 결정 Ce2PdIn8에서 대기압 조건 하의 고중성자 초전도성을 규명한다. 압력이 0인 bulk Ce2PdIn8에서 AF와 SC의 공존은 대부분의 고중성자 화합물과는 다름을 보이며, 자성과 초전도성 간의 유일무한한 상호작용을 시사하며, 비정상적인 쌍성(pairing)을 암시할 수 있다.

ABSTRACT

Single crystals of Ce2PdIn8 were studied by means of magnetic susceptibility, electrical resistivity and specific heat measurements. The compound was found to be a heavy fermion clean-limit superconductor with Tc = 0.68 K. Most remarkably, the superconductivity in this system emerges out of the antiferromagnetic state that sets in at TN = 10 K, and both cooperative phenomena coexist in a bulk at ambient pressure conditions.

연구 동기 및 목표

• 단일 결정 Ce2PdIn8의 전자적 및 자성 성질을 연구하기 위해, 이는 Ce2MIn8 계열의 새로운 구성원이다.
• Ce2PdIn8의 초전도성이 다른 고중성자 시스템에서 관찰된 것처럼 자성 순서 상태에서 유래하는지 확인하기 위해.
• 임계 온도, 상한 임계 자기장, 쌍성 대칭성의 관점에서 초전도 상태를 특성화하기 위해.
• 반자성 질서에 근접해 있음에도 불구하고 Ce2PdIn8의 초전도성이 비정상적인지 평가하기 위해.

제안 방법

• Ce2PdIn8의 단일 결정은 In-플럭스 방법을 통해 성장되었으며, X선 회절 및 마이크로프로브 분석을 통해 확인되었다.
• 자기화율, 전기 저항도, 열용량 측정은 표준 실험 기법을 사용하여 수행되었다.
• 자기화율 데이터 분석을 위해 쿠리-우즈 법칙이 적용되어 효과적 자기모멘트와 위스 온도를 추출하였다.
• 저항도 데이터는 코니도 산란(cK ln T), 전자-격자 산란(cph T), 잔여 저항도(ρ0 + ρ∞)를 포함하는 모델을 사용하여 피팅하였다.
• 열용량 데이터 분석을 통해 전자 열용량 계수 γn과 쌍성 대칭성을 추론하기 위한 ΔC/γnTc 비율을 결정하였다.
• 상한 임계 자기장 Hc2는 저항도 및 열용량 데이터로부터 추출되었으며, 온도 의존성은 dHc2/dT 및 Hc2(0)를 계산하는 데 사용되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Ce2PdIn8의 초전도성이 반자성 기저 상태에서 유래하는가? 만약 그렇다면, 이들의 공존 성격은 어떠한가?
• RQ2 단일 결정 Ce2PdIn8에서 초전도성의 임계 온도 Tc는 얼마이며, 자기장에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ3 Tc 이하에서 C/T의 선형 T 의존성이 관찰됨에 따라, Ce2PdIn8의 초전도 상태는 비정상적인가?
• RQ4 Ce2PdIn8의 초전도 매개변수(Hc2, κGL, ξ0, λGL)는 비정형 고중성자 초전도체인 CeCu2Si2와 비교해 어떻게 다른가?
• RQ5 코니도 필터링과 결정립 전기장 효과는 Ce2PdIn8의 자성 및 전도 성질에 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• Ce2PdIn8는 저항도가 완전히 0으로 떨어지는 것으로 나타나 Tc = 0.68 K에서 부피 초전도성을 나타낸다.
• 반자성 전이 온도는 TN = 10 K이며, 저항도에 명백한 '굽힘'과 자기화율 최대치가 관찰된다.
• Tc에서의 열용량 점프는 ΔC/γnTc ≈ 1.5로 계산되며, BCS 값 1.43과 유사하여 약한 결합 초전도체임을 시사하며, λ ≈ 0.49로 추정된다.
• Tc 이하에서 열용량 비율 C/T는 온도에 대해 선형적으로 변화하며, 갭 구조에 선형 노드가 존재하는 비정상적 초전도성의 특징이다.
• 상한 임계 자기장 Hc2(0)는 약 4.8 T로 추정되며, 초기 기울기 dHc2/dT ≈ -14.3 T/K가 매우 크므로 무거운 쿼웨이크 입자와 청결한 한계 초전도성임을 나타낸다.
• 긴츠부르크-란다우 매개변수 κGL ≈ 21은 형식 II 초전도성임을 확인하며, 긴 평균 자유로움 길이(l ≈ 42 mm)는 초전도체의 청결한 한계 성질을 확인한다.