[논문 리뷰] Pronounced drop of $^{17}$O NMR Knight shift in superconducting state of Sr$_2$RuO$_4$

Andrej Pustogow, Yongkang Luo외 10명|arXiv (Cornell University)|2019. 03. 29.

Advanced Condensed Matter Physics참고 문헌 12인용 수 108

한 줄 요약

이 연구는 17O NMR을 단일 축 스트레인하에서 사용하여 Sr2RuO4가 초전도 상태로 진입할 때 스핀 편향이 현저히 감소함을 보여주며, 이전 제로 스트레인 해석의 순서 매개변수에 도전을 제기한다.

ABSTRACT

The superconducting state in the quasi-two-dimensional and strongly correlated Sr$_2$RuO$_4$ is uniquely held up as a solid state analog to superfluid $^3$He-$A$, with an odd-parity order parameter that also breaks time reversal symmetry, and for which the vector order parameter has the same direction in spin space for all electron momenta. The recent discovery that uniaxial pressure causes a steep rise and maximum in transition temperature ($T_c$) in strained samples motivated the study of $^{17}$O nuclear magnetic resonance (NMR) that we describe in this article. A reduction of Knight shifts $K$ was observed for all strain values and temperatures $T

연구 동기 및 목표

• Sr2RuO4에서 스트레인에 따른 스핀 자화를 시험함으로써 초전도 순서 매개변수 탐색의 동기를 부여한다.
• 다양한 단일 축 스트레인 하에서 Tc를 가로지르는 스핀 편향을 probes하기 위해 17O NMR Knight shift를 사용한다.
• 스트레인으로 인한 Tc 증가가 순서 매개변수 대칭의 변화와 상관관계가 있는지 조사한다.
• 제로 스트레인에서의 Knight shift 측정에서 발생할 수 있는 잠재적 인 artefacts를 평가하고 TRSB 관찰과의 일치를 설명한다.

제안 방법

• a축을 따라 단일 축 응력을 적용하여 Sr2RuO4를 Tc까지, Tc,max ≈ 3.5 K로 조정한다.
• 저전력에서의 B0 ≪ Bc2 조건에서 세 가지 산소 위치 O(1), O(1′), O(2)에 대해 17O NMR 중앙 전이 측정을 수행하여 Knight shift K를 추출한다.
• 다양한 응력에 대해 Tc를 가로지르는 온도에서 Knight shifts를 분석하고 중심 전이에서의 I-쿼드롭 보정을 고려한다.
• 펄스 에너지 의존 및 시간 동기 RF 측정을 사용하여 관찰된 이동에 대한 가열 및 과도 효과를 평가한다.
• 스트레인에 따른 제로 스트레인 결과와 이전 비스트레인 측정치를 비교하여 제안된 순서 매개변수와의 일치 여부를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 제로 스트레인 및 스트레인 조건에서 Sr2RuO4가 초전도 상태로 진입할 때 17O Knight shift로 추정된 스핀 자화가 감소하는가?
• RQ2 단일 축 스트레인(및 관련 Tc 증가)이 Knight shift 및 따라서 초전도 순서 매개변수의 대칭에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 펄스 가열, 과도 상태와 같은 실험적 인공물이 제로 스트레인 Knight shift 결과를 스트레인 측정치와 조화시킬 수 있는가?
• RQ4 스트레인 의존 결과가 차원에서의 chiral p-wave(영(d-vector) 방향)의 단일 설명을 배제하는가?

주요 결과

B (T)	f_ref (MHz)	O(1) ∥	O(1′) ⟂	O(2)
0.7107	4.0980	1.0	57.5	43.0
1.1573	6.6798	0.8	36.0	26.7
1.9980	11.5323	0.5	20.4	15.6

• 모든 O 위치의 Knight shifts는 스트레인 하에서 Tc 아래에서 현저한 감소를 보이며 초전도 상태에서 스핀 편향 Ms의 감소를 시사한다.
• 제로 스트레인 측정은 기존 보고와 다를 수 있으며, 일반적인 chiral p-wave(외평면 d-vector) 해석에 도전을 제기한다.
• 제로 스트레인과 바하브 극한점(스트레인하에서 최대 Tc) 모두에서 20 mK에서 스핀 자화가 크게 억제되며, 자기장에 따라 그 정도가 달라지므로 모든 triplet 상태가 데이터와 호환되는 것은 아님을 시사한다.
• 적은 적용장(B0 ≈ 0.71 T)에서 Knight shift 감소가 더 크게 나타나며(한 스트레인 사례에서 최대 ~75%), 가능성 있는 triplet 상태에 더 강한 제약을 시사한다.
• 시간 동기 RF 측정은 고에너지 펄스 직후의 일시적 정상 유사 반응을 드러내며, Knight shift 해석에서 가열 효과와 소용돌이 동역학을 고려해야 함을 시사한다.
• εaa ∈ [0, εv] 범위에서 스트레인에 따른 Knight shift 변화는 매끄럽게 나타나며, 단일 방향성 압력 하에서 명확한 대칭 변화로 이어지는 1차 상전이 분할은 관찰되지 않았다.
• 전반적으로, 이 결과는 z 축 방향의 d-vector를 가진 간단한 외평면 triplet(Eu) 해석에 반대하며, 여러 대칭 상태를 고려하도록 유도하며, 평면 방향의 d-vector를 가지는 일부 odd-parity 상태가 불확실성 범위 내에서 여전히 호환될 수 있음을 인정한다.