[논문 리뷰] Probing unconventional superconductivity in LiFeAs by quasiparticle interference

Steffen Sykora, Ronny Schlegel외 5명|arXiv (Cornell University)|2011. 06. 21.

Iron-based superconductors research참고 문헌 18인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 스캐닝 턨널링 스펙트로스코피를 통해 측정한 준입자 간섭(QPI)을 이용해 리튬철산화물(LiFeAs)의 초전도 주문 매개변수를 탐구한다. 연구에서는 브릴루아인 존 중심부의 반도체 특성에 가까운 점에서 근접한 구멍성 밴드가 산란을 지배하고 있음을 발견하였으며, QPI 시뮬레이션은 단순한 s-또는 d-파동 쌍화를 배제하고 오히려 비보편적인 p-파동 또는 s+id-파동 대칭이 실험 데이터와 가장 일치함을 시사한다.

ABSTRACT

The quasiparticle interference (QPI) in a superconductor sensitively depends on the symmetry of the superconducting order parameter. To probe it, scanning tunneling spectroscopy has proven a powerful technique, in particular for revealing the nature of unconventional superconductivity. A particularly well suited material to apply this technique is the stoichiometric superconductor LiFeAs as it features clean, charge neutral cleaved surfaces without surface states and a relatively high Tc 18 K. Here we show that in LiFeAs the quasiparticle scattering is governed by a vanHove singularity at the center of the Brillouin zone which is in stark contrast with other pnictide superconductors where nesting is crucial for both scattering and s -superconductivity. Indeed, within a minimal model and using the most elementary order parameters, calculations of the QPI suggest a dominating role of the hole-like bands for the quasiparticle scattering and in comparison with the QPI data do not support elementary singlet pairing symmetries (s - or d-wave). This brings to mind that a more unusual pairing symmetry such as an elementaryp-wave (which provides optimal agreement between the experimental data and QPI simulations) or a more complex order parameter (e.g. s +id-wave symmetry) is relevant in LiFeAs.

연구 동기 및 목표

• 스캐닝 터널링 스펙트로스코피를 통한 준입자 간섭(QPI) 측정을 이용해 리튬철산화물(LiFeAs)의 초전도 주문 매개변수 대칭을 규명하는 것.
• 이 철기반 초전도체에서 준입자 산란을 지배하는 전통적인 쌍화 메커니즘, 예를 들어 전자 농도 기반 메커니즘이 존재하는지 평가하는 것.
• 실험적 QPI 데이터와의 일치성을 평가하기 위해 기본적인 스핀 단일 상태 쌍화 상태(s-파동 및 d-파동)의 타당성을 검토하는 것.
• LiFeAs에서 비보편적인 쌍화 대칭, 예를 들어 p-파동 또는 혼합 s+id-파동의 가능성 탐색

제안 방법

• 스캐닝 터널링 스펙트로스코피(STM)를 사용하여 리튬철산화물(LiFeAs)의 깨끗하고 전하 중성인 분리면에서 준입자 간섭(QPI)을 측정한다.
• QPI 패턴을 분석하여 운동량 공간에서의 산란 특징을 추출하고 전자 밴드 구조와 연관시킨다.
• 브릴루아인 존 중심부의 반도체 특성에 가까운 점에서의 비틀림 특성에 중점을 두어 전자 구조를 기술하는 최소한의 타이트버드 모델을 수립한다.
• s-파동, d-파동, p-파동, s+id-파동을 포함한 다양한 주문 매개변수 대칭을 사용하여 이론적 QPI 시뮬레이션을 수행한다.
• 모의 QPI 패턴을 실험 데이터와 직접 비교하여 최적의 일치를 보이는 쌍화 대칭을 규명한다.
• Fermi 수준 근처에서의 스펙트럼 무게와 밴드 곡률을 분석하여 구멍성 밴드가 산란에 미치는 영향을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 리튬철산화물(LiFeAs)에서 준입자 산란의 주요 기여 요소는 무엇이며, 전자 밴드 구조와의 관계는 어떻게 되는가?
• RQ2 리튬철산화물(LiFeAs)에서 관측된 QPI 패턴은 전통적인 s-또는 d-파동 쌍화 대칭을 지지하는가?
• RQ3 브릴루아인 존 중심부에 존재하는 반도체 특성 점이 QPI 반응에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 리튬철산화물(LiFeAs)에서 p-파동 또는 s+id-파동과 같은 비보편적인 쌍화 대칭에 대한 증거가 있는가?
• RQ5 구멍성 밴드가 이 초전도체에서 관측된 준입자 간섭을 얼마나 지배하는가?

주요 결과

• 리튬철산화물(LiFeAs)에서 준입자 산란은 브릴루아인 존 중심부의 반도체 특성 점 근처의 구멍성 밴드에 의해 주로 지배된다.
• 실험적 QPI 패턴은 s-파동 또는 d-파동과 같은 기본적인 스핀 단일 상태 쌍화 대칭을 지지하지 않는다.
• 모의 시뮬레이션과 실험 데이터 사이의 가장 좋은 일치는 p-파동 쌍화 대칭에서 달성된다.
• 더 복잡한 주문 매개변수, 예를 들어 s+id-파동 역시 QPI 데이터에 좋은 일치를 보인다.
• 산란 메커니즘에서 농도 효과의 부재는 다른 철기반 초전도체와는 뚜렷한 대비를 이룬다.
• 결과적으로 비보편적인 쌍화 메커니즘이, 가능성이 있는 스핀 삼중 상태 또는 혼합 대칭 상태를 포함하여 LiFeAs에서 중요한 역할을 할 수 있음을 시사한다.