[논문 리뷰] Field-induced quantum critical point and nodal superconductivity in the heavy-fermion superconductor Ce2PdIn8

J. K. Dong, H. Zhang외 8명|arXiv (Cornell University)|2010. 08. 04.

Rare-earth and actinide compounds참고 문헌 24인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 저온 50 mK까지의 전기저항 및 열전도도 측정을 통해 새로운 헤비-페르미온 초전도체 Ce2PdIn8를 연구하여 상한 임계장 Hc2에서 필드 유도 양자臨계점이 존재하고, 비정상적인 노드 구조를 가진 초전도성임을 밝혀냈다. Hc2 근처에서 관측된 열전도도 k(H)/T의 급격한 점프는 일阶 전이 유사한 전이를 시사하며, CeCoIn5의 Q 상과 유사한 특성을 보이며, 이는 Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov 상태와 같은 특수 초전도 상태를 연구할 수 있는 후보 물질임을 시사한다.

ABSTRACT

The interplay between magnetism and superconductivity has been a central issue in unconventional superconductors. While the dynamic magnetism could be the source of electron pairing, the static magnetism is generally believed to compete with superconductivity. In this sense, the observation of Q phase, the coupled spin-density wave order and superconductivity, in the heavy-fermion superconductor CeCoIn5 is very puzzling. Whether this Q phase origins from the novel Fulde-Ferrel-Larkin-Ovchinnikov state is under hot debate. Here we report the resistivity and thermal conductivity study of a newly discovered heavy-fermion superconductor Ce2PdIn8 down to 50 mK. We find an unusual field-induced quantum critical point at the upper critical field Hc2 and unconventional nodal superconductivity in Ce2PdIn8. The jump of thermal conductivity k(H)/T near Hc2 suggests a first-order-like phase transition at low temperatures. These results mimic the features of the Q phase in CeCoIn5, implying that Ce2PdIn8 is another promising compound to investigate the exotic Q phase and FFLO state. The comparison between CeCoIn5 and Ce2PdIn8 may help to clarify the origin of the Q phase.

연구 동기 및 목표

• 최근 발견된 헤비-페르미온 초전도체 Ce2PdIn8에서 자성과 초전도성의 상호작용을 조사하기 위해.
• Ce2PdIn8가 상한 임계장 Hc2에서 필드 유도 양자 임계점이 존재하는지 확인하기 위해.
• 열 및 전기 전도도 측정을 통해 Ce2PdIn8의 초전도성 쌍성의 성격을 탐구하기 위해.
• 관측된 Ce2PdIn8의 양자 임계 행동을 비정상적인 Q 상과 비교하여 특수 초전도 상태의 기원을 명확히 하기 위해.

제안 방법

• 단일 결정 Ce2PdIn8에 대해 50 mK까지의 저온 전기저항 및 열전도도 측정을 수행하였다.
• 열전도도 κ(H)/T의 자기장 의존성을 분석하여 양자 상전이의 징후를 탐지하였다.
• 상한 임계장 Hc2는 열전도도에서 급격한 비정상성이 나타나는 임계장으로 확인되었다.
• Hc2 근처에서의 열전도도 행동 유사성에 기반해 CeCoIn5의 Q 상과 비교하였다.
• 운반성질의 자기장 및 온도 의존성을 중심으로 일계 전이 유사 전이와 노드 초전도 갭의 성격을 규명하는 데 초점을 두었다.
• 관측된 양자 임계성에 기반해 Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov (FFLO) 상태에 대한 이론적 함의를 논의하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Ce2PdIn8는 Hc2에서 열전도도 비정상성에 의해 시사되는 바와 같이 필드 유도 양자 임계점이 존재하는가?
• RQ2 Ce2PdIn8의 초전도성 쌍성의 성격은 무엇이며, 노드 갭 구조를 가지는가?
• RQ3 Ce2PdIn8의 열전도도 행동은 CeCoIn5의 Q 상과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 Hc2 근처에서 관측된 일계 전이 유사 전이가 Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov 상태와 같은 특수 초전도 상태의 형성과 연결되는가?
• RQ5 Ce2PdIn8와 CeCoIn5 간의 행동 유사성은 Q 상의 보편적 기원에 대해 어떤 함의를 갖는가?

주요 결과

• Hc2 근처에서 열전도도 κ(H)/T의 급격한 점프는 저온에서 Ce2PdIn8에서 일계 전이 유사 양자상전이가 존재함을 시사한다.
• Hc2에서의 필드 유도 양자 임계점은 상도의 핵심적 특징으로서 강한 전자 상호작용을 시사한다.
• Ce2PdIn8의 초전도 상태는 열전도도의 자기장 및 온도 의존성으로부터 유추된 비정상적인 노드 쌍성 구조를 가진다.
• Hc2 근처에서 κ(H)/T의 행동은 CeCoIn5의 Q 상에서 관측된 것과 유사하여 공통된 기원이 있을 가능성이 있다.
• 결과적으로 Ce2PdIn8는 Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov 상태와 같은 특수 초전도 상태를 연구할 수 있는 유망한 후보 시스템으로 제안된다.
• Ce2PdIn8와 CeCoIn5 간의 비교는 여전히 진행 중인 Q 상 기원 논쟁을 해결하는 데 도움이 될 수 있다.