[논문 리뷰] Reply to Comment on "Tip induced unconventional superconductivity on Weyl semimetal TaAs"

He Wang, Huichao Wang외 9명|arXiv (Cornell University)|2016. 07. 11.

Topological Materials and Phenomena참고 문헌 15인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 타니움 아르세나이드(TaAs)에서 관측된 비정상 초전도성에 대한 비판에 대응하기 위해 팁 유도 점접촉 분광법을 사용한다. 저자들은 전도도 평탄부와 이중 피크, 날카러운 곡절, 영전압 피크 등 전통적인 초전도체와 부합하지 않는 특징들이, 일반적인 물질의 잔여물이 아니라 p-파르티클 유사 쌍성과 가능성이 있는 마요라나 영모드에 기인한 것으로 주장하며, Pb와 Nb에서의 임계전류 효과로 인한 신호라는 주장을 반박한다.

ABSTRACT

Recently, we presented a paper about the tip-induced superconducting phase on TaAs single crystal (arXiv:1607.00513). A conductance plateau with double conductance peaks at finite bias, sharp double dips and a zero bias conductance peak were observed in the point contact spectra (PCS). These three features in one PCS suggest the possibility of p-wave like superconductivity and Majorana zero modes in the surface. Soon after our paper posted on arXiv, Gayen el al. (arXiv:1607.01405) questioned the underlying mechanism of our observations based on their experimental measurements in conventional superconductors(Pb and Nb) and conclusively indicated that the superconductivity observed in our TaAs crystal is conventional. We disagree with their quick conclusion without any specific study on the TaAs materials. We will explain in the following that for the clean (Z=0) point contact (PC) in ballistic limit, the superconducting transition feature in temperature dependence of PC resistance is expected. And the critical current effect claimed by Gayen el al. cannot explain the observed PCS in our paper.

연구 동기 및 목표

• Gayen 등이 TaAs에서 관측된 초전도 특성들이 전통적인 초전도성에 기인한 것이라고 주장하는 바에 대응하기 위해.
• Pb와 Nb와 같은 전통적인 초전도체와 부합하지 않는 관측된 전도도 특징—이중 피크, 날카러운 곡절, 영전압 피크—이 전통적인 초전도체와 부합하지 않음을 보여주기 위해.
• Gayen 등이 제안한 임계전류 효과가 TaAs의 점접촉 스펙트럼을 설명할 수 없다는 것을 입증하기 위해.
• 탄성 점접촉 측정을 바탕으로 Weyl 반도체인 TaAs에서 p-파르티클 유사 초전도성과 마요라나 영모드의 가능성 재확인하기 위해.

제안 방법

• 탄성 및 청결한 조건(Z=0)에서 TaAs 단일결정에 대해 점접촉 분광법(PCS)을 수행한다.
• 온도 의존 저항을 분석하여 초전도 전이 특성을 식별한다.
• 관측된 PCS 특징을 전통적인 초전도체(Pb와 Nb)의 특징과 비교하여 전통적 메커니즘을 배제한다.
• 이론적 분석을 통해 관측된 전도도 평탄부와 이중 피크가 Weyl 반도체에서의 비정상 쌍성과 일치함을 보여준다.
• Gayen 등이 언급한 임계전류 효과가 TaAs의 관측된 스펙트럼 특징을 재현하지 못함을 입증한다.
• TaAs의 고유한 전자 구조—특히 Weyl 페르미온 표면 상태—가 비정상 초전도성 쌍성에 유리한 환경을 제공한다는 것을 주장한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 TaAs에서 관측된 전도도 평탄부와 유한한 비bias에서의 이중 피크, 영전압 피크는 전통적인 초전도성으로 설명될 수 있는가?
• RQ2 Pb와 Nb와 같은 전통적인 초전도체에서의 임계전류 효과는 TaAs의 점접촉 스펙트럼을 설명하는 데 충분한가?
• RQ3 TaAs의 스펙트럼 특징은 전통적인 BCS 유사 초전도성보다 p-파르티클 유사 쌍성 또는 마요라나 영모드를 시사하는가?
• RQ4 청소된 점접촉에서 온도 의존 저항 측정이 부피 초전도성 없이도 초전도 전이 특성을 보이는 이유는 무엇인가?
• RQ5 Weyl 반도체 표면 상태는 비정상 초전도성 쌍성의 가능성을 어떻게 높이는가?

주요 결과

• Pb와 Nb와 같은 전통적인 초전도체에서는 TaAs에서 관측된 전도도 평탄부와 유한한 비bias에서의 이중 피크, 날카로운 영전압 피크를 재현할 수 없다.
• Gayen 등이 제안한 임계전류 효과는 TaAs 점접촉 측정에서 관측된 특정 특징을 설명할 수 없다.
• 청소되고 탄성인 점접촉 조건에서는 부피 초전도성이 없더라도 저항의 초전도 전이 특징이 나타나야 하며, 이는 관측된 신호의 타당성을 뒷받침한다.
• TaAs의 스펙트럼 특징은 p-파르티클 유사 쌍성과 표면에 존재할 수 있는 마요라나 영모드와 일치한다.
• Weyl 페르미온 표면 상태를 포함한 TaAs의 전자 구조는 비정상 초전도성에 유리한 환경을 제공한다.
• 저자들은 관측된 현상들이 전통적인 초전도성의 잔여물이 아니라 Weyl 반도체인 TaAs의 본질적인 특성임을 결론짓는다.