[논문 리뷰] Pauli-limited upper critical field and anisotropic depairing effect of La2.82Sr0.18Ni2O7 superconducting thin film

Ke Wang, Maosen Wang외 11명|arXiv (Cornell University)|2026. 03. 11.

Physics of Superconductivity and Magnetism인용 수 0

한 줄 요약

이 연구는 La2.82Sr0.18Ni2O7 얇은 필름에서 이방성 디페어링을 특징으로 하는 Pauli-제한 상한 임계장(Hc2)을 보고하며, 두께에 의한 차원 교차와 비교적 약한 평면(in-plane) 대 수직(out-of-plane) Hc2 이방성을 보인다.

ABSTRACT

We investigate the upper critical field and superconducting anisotropy of epitaxial La2.82Sr0.18Ni2O7 thin films, which show a sharp superconducting transition at Tc=31.6 K. Near Tc, superconductivity exhibits thickness-limited two-dimensional characteristics. Upon cooling, the out-of-plane coherence length decreases below the sample thickness of 6 nm, corresponding to a 3-unit-cell film, indicating a crossover to intrinsic three-dimensional bulk superconductivity. High-field transport measurements reveal large upper critical fields with a small anisotropy ratio gama~1.34, comparable to bulk Ruddlesden-Popper nickelates. At low temperatures, the in-plane (ab) upper critical field Hc2(ab) is strongly suppressed by spin-paramagnetic pair breaking and approaches the Pauli limit (Hc2(Pauli)=58 T), while Hc2(c) remains largely unaffected. This anisotropic Pauli limitation accounts for the reduced upper critical field anisotropy and supports the conclusion that superconductivity in these films is fundamentally three-dimensional bulk like. Our results highlight the essential role of spin-paramagnetic effects in shaping the high-field superconducting phase diagram of Ruddlesden-Popper nickelates.

연구 동기 및 목표

• La2.82Sr0.18Ni2O7 얇은 필름의 상한 임계장(Hc2)과 초전도성 이방성 조사.
• 두께에 따른 2D 유사에서 3D 벌크 유사 초전도성으로의 차원 교차 특성화.
• Ruddlesden-Popper 니켈레이트의 고자장 초전도성에서 스핀-매개 파괴의 역할 평가.

제안 방법

• 에피택시얼 La2.82Sr0.18Ni2O7 얇은 필름에 대한 고자장 전도 측정.
• Tc 근처에서 2D 영역을 나타내는 두께 효과 분석 및 Tc 아래에서 3D 벌크 유사 거동으로의 교차.
• 평면(ab) 및 수직(c) 방향의 Hc2 추출 및 스핀-매개 한계 평가.
• Pauli 한계와 Hc2(ab) 및 Hc2(c)로부터의 이방성 gamma 평가 비교.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 La2.82Sr0.18Ni2O7 얇은 필름에서 ab 방향 및 c 방향의 상한 임계장 Hc2 는 얼마인가?
• RQ2 스핀-매개 페어 파괴가 Hc2, 특히 Hc2(ab)에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 두께에 의한 차원 교차가 발생하여 2D에서 3D 초전도성으로의 전이를 나타내는가?
• RQ4 이방성 비율 gamma 는 무엇이며 벌크 니켈레이트와는 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• Hc2(ab)는 스핀-매개 페어 파괴에 의해 크게 억제되며 Pauli 한계(Hc2(Pauli)=58 T)에 접근한다.
• Hc2(c)는 스핀-매개 효과의 영향을 거의 받지 않는다.
• 측정된 이방성 gamma는 대략 1.34로, 상한 임계장 이방성의 감소를 나타낸다.
• 두께 약 6 nm(3유닛셀 필름)가 본질적으로 3차원 벌크 유사 거동으로의 교차를 나타낸다.
• 전반적인 결과는 3차원 벌크 유사 초전도 상태를 뒷받침하며, 고자장 위상도에 중요한 스핀-매개 형성이 작용한다.