[논문 리뷰] Linear Temperature Dependence of the Lower Critical Field $H_{c1}$ in F-Doped LaOFeAs Superconductors

Cong Ren, Zhaosheng Wang외 6명|ArXiv.org|2008. 04. 10.

Iron-based superconductors research인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 F doping된 LaOFeAs 초전도체에서 하부 임계장 $H_{c1}$ 를 전역 및 국소 자화도 측정 기법을 사용하여 처음으로 실험적으로 측정한다. 2 K까지 선형 온도 의존성을 보이며, 노드가 있는 갭 함수와 $d$-파일 쌍화 대칭에 대한 강력한 증거를 제공한다. 유도된 최대 갭 $\Delta_0 = 4.0 \pm 0.6$ meV 는 임계열 열용량 및 턨널링 데이터와 일치한다.

ABSTRACT

We present the first experimental results of the lower critical field $H_{c1}$ of the newly discovered F-doped superconductor LaO$_{0.9}$F$_{0.1}$FeAs (F-LaOFeAs) by global and local magnetization measurements. It is found that $H_{c1}$ showed an clear linear-$T$ dependence down to a temperature of 2 K, indicative of an unconventional pairing symmetry with a nodal gap function. Based on the d-wave model, we estimated a maximum gap value $Δ_0=4.0 \pm 0.6$ meV, in consistent with the recent specific heat and point-contact tunneling measurements. Taking the demagnetization factor into account, the absolute value of $H_{c1}(0)$ is determined to be about 54 Oe, manifesting a low superfluid density for LaO$_{0.9}$F$_{0.1}$FeAs.

연구 동기 및 목표

• 다핵질 F-doped LaOFeAs 초전도체에서 하부 임계장 $H_{c1}$ 의 온도 의존성을 규명하기 위해.
• 이 철기반 초전도체에서 $H_{c1}(T)$ 측정을 통해 초전도 갭 대칭을 조사하기 위해.
• $H_{c1}(0)$ 과 $H_{c1}(T)$ 피팅을 통해 초류 밀도와 갭 크기를 평가하기 위해.
• $H_{c1}$ 행동을 통한 직접적 증거를 제공하여 쌍화 대칭에 대한 논란을 해결하기 위해.
• 중간 정도로 청소된 샘플에서 비자화 불순물 산란에 대한 노드 갭 서명의 강건성을 확인하기 위해.

제안 방법

• 최소한의 샘플 치수에 수직으로 자기장이 가해지는 조건에서 진동 샘플 자화도계(VSM)를 사용한 전역 dc 자화도 측정을 수행하였다.
• 10×10 μm² 활성 영역을 가진 이중 차원 전자 기반(2DEG) 마이크로 할프 프로브를 사용한 국소 자화도 측정을 수행하였다.
• 2에서 20 K 사이의 온도에서 자장 제거 상태에서의 등온 $M(H)$ 곡선을 측정하였으며, 운동 효과를 최소화하기 위해 저속 스우프 속도(30 Oe/min)를 사용하였다.
• 메이스너 전이 근처 $M(H)$ 곡선의 선형 영역에서 자속 침투의 시작점을 이용해 $H_{c1}(T)$ 를 추출하였다.
• $d$-파일 쌍화 모델을 적용하여 이론적 관계 $1 - H_{c1}(T)/H_{c1}(0) = 2\ln 2 \cdot k_B T / \Delta_0$ 를 사용해 $H_{c1}(T)/H_{c1}(0)$ 를 $T$ 의 선형 함수로 피팅하였다.
• 런던 방정식을 사용하여 $H_{c1}(T)$ 로부터 자기장 침투 깊이 $\lambda(T)$ 를 계산하고, 갭 이방성 탐색을 위해 $\Delta\lambda = \lambda(T) - \lambda(0)$ 를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 F-doped LaOFeAs의 하부 임계장 $H_{c1}$ 는 저온에서 선형 온도 의존성을 보이는가?
• RQ2 $H_{c1}(T)$ 행동은 이 철기반 초전도체의 초전도 갭 대칭에 대해 무엇을 시사하는가?
• RQ3 $H_{c1}(T)$ 측정에서 유도된 최대 초전도 갭 $\Delta_0$ 의 값은 얼마인가?
• RQ4 측정된 $H_{c1}(0)$ 는 초류 밀도와 쌍화 강도를 어떻게 반영하는가?
• RQ5 비자화 불순물 산란에 대해 선형 $H_{c1}(T)$ 의존성은 어느 정도 강건한가?

주요 결과

• 하부 임계장 $H_{c1}(T)$ 는 2 K까지 명백한 선형 온도 의존성을 보이며, 초전도 갭에 노드가 존재함을 시사한다.
• $H_{c1}(0)$ 의 절대값은 약 54 Oe로 결정되었으며, 이는 F-LaOFeAs에서 낮은 초류 밀도를 나타낸다.
• $d$-파일 쌍화 모델을 기반으로 최대 갭 값은 $\Delta_0 = 4.0 \pm 0.6$ meV 로 추정되었으며, 최근의 임계열 열용량 및 점접촉 터널링 측정과 일치한다.
• $\Delta\lambda = \lambda(T) - \lambda(0)$ 는 저온에서 선형 $T$-의존성을 보이며, 등방성 $s$-파일 BCS 기대와 배치된다.
• $\Delta\lambda$ 와 $H_{c1}(T)$ 의 선형 $T$-의존성은 중간 정도의 불순물 산란에 대해 안정적이며, $T_c \approx 26$ K 와 $l \sim \xi_0$ 의 안정성으로 증명된다.
• 국소 $M(H)$ 루프에서 두 번째 피크의 관측은 강한 입자 간 결합과 부피 유사 행동을 확인하며, $H_{c1}$ 결정의 신뢰성을 뒷받침한다.