[논문 리뷰] Evidence for d-wave pairing in electron-doped superconductors

R. Prozorov, R. W. Giannetta외 2명|arXiv (Cornell University)|2000. 02. 18.

Physics of Superconductivity and Magnetism인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 전자 도핑된 초전도체 Pr1.85Ce0.15CuO4−δ (PCCO) 와 Nd1.85Ce0.15CuO4−δ (NCCO) 의 평면 내 자기 침투 깊이 λ(T) 를 0.4 K 까지 측정한다. PCCO 에서는 λ(T) 가 0.025 Tc 까지 T² 의 온도 의존성을 보이며, d-파iring 대칭에 대한 강력한 증거를 제공한다. NCCO 에서는 이물질의 존재로 인해 4 K 이하에서 λ(T) 가 상승하며, 이는 최소 갭에 대한 제약 조건을 제공한다. s-파링의 경우 Δmin(0)/Tc < 0.57 이고, PCCO 는 Δmin(0)/Tc < 0.2 를 보이며 d-파링 대칭을 지지한다.

ABSTRACT

The in-plane magnetic penetration depth, $\lambda (T)$, was measured down to 0.4 K in single crystals of electron-doped superconductors, Pr$_{1.85}$Ce$_{0.15}$CuO$_{4-\delta}$ (PCCO) and Nd$_{1.85}$Ce$_{0.15}$CuO$_{4-\delta}$ (NCCO). In PCCO, the superfluid density varies as $T^2$ from 0.025 up to roughly 0.3 $T/T_c$ suggestive of a d-wave state with impurities. In NCCO, $\lambda (T)$ shows a pronounced upturn for $T < 4$ K due to the paramagnetic contribution of Nd$^{3+}$ ions. Fits to an s-wave order parameter over the standard BCS range ($T/T_c$ = 0.32) limit any gap to less than $\Delta_{min} (0)/T_c = 0.57$ in NCCO. For PCCO, the absence of paramagnetism permits a lower temperature fit and yields an upper limit of $\Delta_{min} (0)/T_c = 0.2$.

연구 동기 및 목표

• 저온에서의 자기 침투 깊이 측정을 통해 전자 도핑된 코발트산염의 초전도 성립 대칭을 조사하기 위해.
• Pr1.85Ce0.15CuO4−δ (PCCO) 와 Nd1.85Ce0.15CuO4−δ (NCCO) 에서 d-파링과 s-파링 대칭의 가능성을 구분하기 위해.
• NCCO 에서 이온의 존재가 λ(T) 에 미치는 영향과 갭 대칭 결정에 대한 함의를 평가하기 위해.
• BCS 유사 모델에 대한 피팅을 통해 두 화합물의 최소 초전도 갭을 Tc 대비로 결정하기 위해.

제안 방법

• PCCO 와 NCCO 의 단일 결정에서 0.4 K 까지의 평면 내 자기 침투 깊이 λ(T) 를 민감한 자화 측정 기법을 사용하여 측정하였다.
• s-파링과 d-파링 대칭 가정을 검증하기 위해 BCS 이론의 맥락에서 λ(T) 데이터를 분석하였다.
• T/Tc = 0.32 범위에서 표준 BCS 식을 s-파링 대칭에 대해 피팅하여 최소 갭 Δmin(0)/Tc 를 추출하였다.
• PCCO 에서는 이온 기여가 없으므로 더 낮은 온도까지 피팅을 확장하여 최소 갭에 대한 더 엄격한 제약 조건을 도출하였다.
• NCCO 에서는 4 K 이상에서 λ(T) 를 피팅하고 초전도 기여를 추정하기 위해 외삽하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 PCCO 에서 λ(T) 의 온도 의존성은 d-파링 대칭을 지지하는가?
• RQ2 이온의 존재가 NCCO 의 자기 침투 깊이에 어떤 영향을 미치며, 갭 대칭에 대한 함의는 무엇인가?
• RQ3 s-파링 대칭을 가정할 때 NCCO 에서 최소 갭 Δmin(0)/Tc 의 상한은 얼마인가?
• RQ4 PCCO 에서 Δmin(0)/Tc 의 상한은 얼마이며, 이는 d-파링 대칭이 s-파링 대칭보다 더 유리한가?

주요 결과

• PCCO 에서는 초전도 밀도가 0.025 Tc 에서 약 0.3 Tc 까지 T² 의 온도 의존성을 보이며, 불순물 존재 하에서 d-파링 대칭과 일치한다.
• NCCO 에서는 4 K 이하에서 Nd³⁺ 이온의 이온 기여로 인해 λ(T) 가 뚜렷하게 상승하며, 갭 분석에서 고려되어야 한다.
• NCCO 에서는 T/Tc = 0.32 범위에서 s-파링 BCS 모델을 피팅하여 Δmin(0)/Tc < 0.57 의 상한을 도출하였으며, 이는 작은 유한 갭을 의미한다.
• PCCO 는 이온 기여가 없으므로 더 낮은 온도에서 피팅이 가능하여 Δmin(0)/Tc < 0.2 의 더 엄격한 상한을 도출하였으며, d-파링 대칭을 지지한다.
• PCCO 에서 λ(T) 의 T² 의존성은 전통적인 s-파링 대칭과 일치하지 않으며, d-파링 대칭을 강력히 지지한다.
• 결과적으로 전자 도핑 초전도체는 d-파링 대칭을 가지며, 저온에서의 λ(T) 측정을 통해 갭 구조가 제약을 받는다.