[논문 리뷰] Nodal Superconductivity with Multiple Gaps in SmFeAsO$_{0.9}$F$_{0.1}$

Yong-Lei Wang, Lei Shan외 4명|ArXiv.org|2008. 06. 12.

Iron-based superconductors research참고 문헌 32인용 수 40

한 줄 요약

이 연구는 고임계전도도를 가진 철기반 초전도체인 SmFeAsO₀.₉F₀.₁에서 점접촉 스펙트로스코피를 이용해 두 개의 별개의 에너지 갭을 가진 노드형 초전도성을 입증한다. 관측된 영점 편류 도전도 피크와 BCS 이론과 일치하는 온도 의존성 갭은 비보통 쌍화와 다중 갭을 지닌 초전도성의 강력한 증거를 제공하며, 관련 화합물에서의 갭 구조에 대한 모순되는 보고들을 해결한다.

ABSTRACT

We report the observation of two gaps in the superconductor SmFeAsO$_{0.9}$F$_{0.1}$ (F-SmFeAsO) with $T_c=51.5K$ as measured by point-contact spectroscopy. Both gaps decrease with temperature and vanish at $T_c$ and the temperature dependence of the gaps are described by the theoretical prediction of the Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) theory. A zero-bias conductance peak (ZBCP) was observed, indicating the presence of Andreev bound states at the surface of F-SmFeAsO. Our results strongly suggest an unconventional nodal superconductivity with multiple gaps in F-SmFeAsO.

연구 동기 및 목표

• 고품질의 SmFeAsO₀.₉F₀.₁ 단일결정에서 초전도 갭 구조와 쌍화 대칭성을 조사하기 위해.
• 철기반 초전도체에서 다중 갭 또는 등방성 s파형 갭의 존재에 대한 모순되는 보고들을 해결하기 위해.
• 고해상도 스펙트로스코피를 이용해 SmFeAsO₀.₉F₀.₁에서 노드형 초전도성과 다중 갭이 존재하는지 확인하기 위해.
• 관측된 갭 특성과 BCS 이론 및 비보통 쌍화의 이론 예측을 연관시키기 위해.
• 기타 철기반 초전도체와의 비교를 통해 표본 품질이 갭 측정에 미치는 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 고압 조건에서 합성된 다듬어진 고품질의 SmFeAsO₀.₉F₀.₁ 단일결정에 Pt/Ir 또는 Au 도핑을 사용한 점접촉 스펙트로스코피를 수행하였다.
• 소음과 가열 효과를 최소화하기 위해 사측자기 잠금 기법을 사용한 도전도-전압(G-V) 특성 측정을 실시하였다.
• 열 히스테리시스의 부재와 재현 가능성을 확인하기 위해 두 차례의 연속 측정 사이클을 사용하였다.
• 큰 갭과 작은 갭에 각각 s파형 및 dx²−y²파형 대칭성을 포함한 확장된 BTK 모델을 사용하여 데이터를 피팅하였다.
• Dagan 등에 기반한 자기장 제거 방법을 적용하여 복잡한 배경을 가진 스펙트럼으로부터 갭 값을 추정하였다.
• Tc에 수렴하는 갭의 진화를 분석하기 위해 온도 의존성 측정을 실시하였으며, BCS 예측과 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SmFeAsO₀.₉F₀.₁은 다중 초전도 갭을 나타내는가? 만약 그렇다면, 그 에너지 척도는 무엇인가?
• RQ2 관측된 영점 편류 도전도 피크(ZBCP)는 표면 안드레에프 유도 상태를 지닌 노드형 초전도성의 징후인가?
• RQ3 두 갭의 온도 의존성은 BCS 이론 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 이 철기반 초전도체의 초전도 상태에서의 쌍화 대칭성은 무엇인가?
• RQ5 표본 품질—특히 고압 합성—은 갭 측정의 명확성과 신뢰성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 여러 점접촉 접합에서 명확한 영점 편류 도전도 피크(ZBCP)가 관측되어 표면 안드레에프 유도 상태의 존재를 시사하며, 노드형 초전도성의 근거를 제공한다.
• 두 개의 별개의 초전도 갭이 확인되었으며, 각각 11 meV(큰 갭)와 4.5 meV(작은 갭)로, Tc = 51.5 K에서 둘 다 부드럽게 0으로 감소한다.
• 두 갭의 온도 의존성이 BCS 이론 예측과 밀도 있게 일치하여, 그 초전도성 기원을 확인한다.
• 11 meV와 4.5 meV의 갭 값은 다양한 측정 위치에서 일관되게 유지되어 재현 가능하고 본질적인 성질임을 시사한다.
• 고압으로 합성된 SmFeAsO₀.₉F₀.₁ 표본은 고품질, 밀도 높고 강성 있는 성질을 지녀, 잡음과 비정상적 접촉을 최소화하여 명확한 갭 분해능을 가능케 하였다.
• 최근 유사한 표본에서 수행된 스캐닝 터널링 스펙트로스코피 연구와의 결과가 양호하게 일치하여, 이 연구의 타당성을 강화한다.