[논문 리뷰] Nodal and nematic superconducting phases in NbSe2 monolayers from competing superconducting channels

Chang-Woo Cho, Jian Lyu외 11명|arXiv (Cornell University)|2020. 03. 27.

2D Materials and Applications인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 이중층 NbSe2에서 경쟁하는 초전도 채널이 노드형 토폴로지적 및 나치즘 초전도 상을 동시에 갖는다는 것을 밝혀냈다. 자기장 각도에 따라 측정한 자기저항을 통해 저자들은 상한 임계 자기장에서 이중 대칭성에 의해 초전도 상태가 결정되며, Hc2 근처에서 노드형 토폴로지적 초전도 상태와 다채널 초전도 쌍화 경쟁에 의해 유도된 나치즘 초전도 상태가 공존함을 확인했다.

ABSTRACT

Transition metal dichalcogenides like 2H-NbSe2 in their two-dimensional (2D) form exhibit Ising superconductivity with the quasiparticle spins are firmly pinned in the direction perpendicular to the basal plane. This enables them to withstand exceptionally high magnetic fields beyond the Pauli limit for superconductivity. Using field-angle-resolved magnetoresistance experiments for fields rotated in the basal plane we investigate the field-angle dependence of the upper critical field (Hc2), which directly reflects the symmetry of the superconducting order parameter. We observe a six-fold nodal symmetry superposed on a two-fold symmetry. This agrees with theoretical predictions of a nodal topological superconducting phase near Hc2, together with a nematic superconducting state. We demonstrate that in NbSe2 such unconventional superconducting states can arise from the presence of several competing superconducting channels.

연구 동기 및 목표

• 이중층 NbSe2에서 평행 자기장 하에서 초전도 주문 매개변수의 대칭성을 조사하기 위해.
• 비국소적 초전도 상태—특히 노드형 및 나치즘 상—이 경쟁하는 초전도 채널에서 유도될 수 있는지 확인하기 위해.
• 이중성 전이 금속 디칼코게니드에서 이징 초전도와 다채널 쌍화 간의 상호작용을 이해하기 위해.
• 이중층 NbSe2의 상한 임계 자기장 Hc2에서 관측된 6중 노드 대칭성과 2중 나치즘 대칭성의 기원을 명확히 하기 위해.

제안 방법

• 이중층 NbSe2의 기저 평면에서 자기장을 각도 조절하여 필드 각도 해상도 자기저항 측정을 수행하였다.
• 초전도 주문 매개변수의 대칭성을 조사하기 위해 자기장 방향에 따라 상한 임계 자기장(Hc2)을 측정하였다.
• Hc2의 각도 의존성을 분석하여 공존하는 6중 노드 대칭성과 2중 나치즘 대칭성을 확인하였다.
• 다채널 초전도 이론 예측과 실험 결과를 비교하였다.
• 관측된 각도 의존성을 바탕으로 시스템 내에서 다수의 초전도 채널이 경쟁하고 있음을 유추하였다.
• 대칭성 분석을 통해 노드형 토폴로지적 초전도와 나치즘 초전도 상태를 구별하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 이중층 NbSe2에서 경쟁하는 초전도 채널이 노드형 및 나치즘 초전도 상을 동시에 안정화시킬 수 있는가?
• RQ2 이중층 NbSe2의 상한 임계 자기장 Hc2에서 관측된 6중 노드 대칭성의 기원은 무엇인가?
• RQ3 Hc2에서의 2중 대칭성이 시스템 내 나치즘 초전도와 어떻게 관련되어 있는가?
• RQ4 다중 채널 쌍화 메커니즘이 토폴로지적 및 나치즘 초전도 상의 공존을 얼마나 잘 설명하는가?
• RQ5 NbSe2에서의 이징 초전도는 비국소적 초전도 상의 안정성과 대칭성에 어떻게 영향을 미치는가?

주요 결과

• 상한 임계 자기장 Hc2는 6중 노드 대칭성이 2중 나치즘 대칭성 위에 겹쳐져 있어 비국소적 초전도 상태가 공존함을 나타낸다.
• 관측된 6중 대칭성은 이론 예측과 일치하며, Hc2 근처에서 노드형 토폴로지적 초전도 상태임을 시사한다.
• Hc2의 2중 대칭성은 초전도 주문 매개변수의 회전 대칭성이 깨지면서 발생하는 나치즘 초전도 상태로 기인한다.
• 이러한 대칭성의 공존은 시스템 내에서 다수의 경쟁하는 초전도 채널 존재로 설명된다.
• 결과적으로 다채널 쌍화가 이중층 NbSe2에서 토폴로지적 및 나치즘 초전도 상을 동시에 안정화시킬 수 있음을 확인하였다.
• 이러한 발견은 NbSe2에서의 이징 초전도가 높은 평행 자기장 조건에서도 비국소적 초전도 상태의 안정화를 가능하게 한다는 것을 보여준다.