[논문 리뷰] Signature of high temperature superconductivity in electron doped Sr2IrO4

Y. J. Yan, Mingqiang Ren외 8명|arXiv (Cornell University)|2015. 06. 22.

Advanced Condensed Matter Physics참고 문헌 25인용 수 64

한 줄 요약

이 연구는 스캐닝 턨널링 현미경/스펙트로스코피(STM/STS)를 사용하여 칼륨 도핑을 통해 전자 도핑된 Sr2IrO4를 조사하여, 페르미 수준에서 밀도 상태의 약 95% 감소와 함께 날카운 V자형 초전도 갭을 규명하였으며, 이는 응집된 피크를 포함한다. 0.5–0.6 ML의 K 도핑 농도에서, 약 50 K 근처에서 25–30 meV 갭이 닫히며 고온 초전도성을 나타내며, 도핑 농도가 증가함에 따라 절연체에서 허구 갭 유사 상태를 거쳐 초전도 상태로의 전이가 관찰된다.

ABSTRACT

Sr2IrO4 was predicted to be a high temperature superconductor upon electron doping since it highly resembles the cuprates in crystal structure, electronic structure and magnetic coupling constants. Here we report a scanning tunneling microscopy/spectroscopy (STM/STS) study of Sr2IrO4 with surface electron doping by depositing potassium (K) atoms. At the 0.5-0.7 monolayer (ML) K coverage, we observed a sharp, V-shaped gap with about 95% loss of density of state (DOS) at EFand visible coherence peaks. The gap magnitude is 25-30 meV for 0.5-0.6 ML K coverage and it closes around 50 K. These behaviors exhibit clear signature of superconductivity. Furthermore, we found that with increased electron doping, the system gradually evolves from an insulating state to a normal metallic state, via a pseudogap-like state and possible superconducting state. Our data suggest possible high temperature superconductivity in electron doped Sr2IrO4, and its remarkable analogy to the cuprates.

연구 동기 및 목표

• 전자 도핑된 Sr2IrO4에서 초전도성의 발생을 조사하기 위해, 구조적 및 전자적으로 구리산염과 유사한 물질을 대상으로 한다.
• 이론 모델이 예측한 바와 같이 전자 도핑이 Sr2IrO4에서 고온 초전도성을 유도하는지 확인하기 위해.
• 증가하는 전자 도핑에 따라 절연체에서 초전도 상태로의 전자 구조 변화를 특성화하기 위해.
• 밀도 상태에서의 응집 피크 및 갭 특징과 같은 초전도성의 징후를 식별하기 위해.

제안 방법

• 스캐닝 터널링 현미경 및 스펙트로스코피(STM/STS)를 사용하여 K 도핑된 Sr2IrO4 표면의 국소 전자 구조를 탐사하였다.
• 0.5–0.7 ML 농도에서 K 원자를 도핑하여 제어 가능한 전자 도핑을 구현하였다.
• 페르미 수준에서 공간적으로 분해능이 높은 터널링 스펙트럼을 측정하여 밀도 상태(DOS)를 추출하고 초전도 갭 특징을 식별하였다.
• 온도 의존 측정을 수행하여 초전도 갭의 변화 및 닫힘을 추적하였다.
• 데이터 분석을 통해 응집 피크를 식별하고 갭 크기 및 DOS 감소 정도를 정량화하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Sr2IrO4의 전자 도핑이 고온 구리산염 유사 특성을 보이는 초전도 상태를 유도하는가?
• RQ2 K 도핑된 Sr2IrO4에서 초전도 갭의 크기와 온도 의존성은 어떠한가?
• RQ3 증가하는 전자 도핑에 따라 전자 구조가 절연체 상태를 거쳐 허구 갭 유사 상태에서 초전도 상태로 어떻게 변화하는가?
• RQ4 응집 피크와 페르미 수준에서의 밀도 상태 강한 감소가 관찰되어 완전히 갭이 생긴 초전도 상태임을 확인할 수 있는가?

주요 결과

• 0.5–0.6 ML의 K 도핑 농도에서, 페르미 수준에서 밀도 상태의 약 95% 감소와 함께 날카운 V자형 초전도 갭이 관찰되었다.
• 초전도 갭 크기는 25–30 meV로 측정되었으며, 이는 완전히 갭이 생긴 초전도 상태와 일치한다.
• 간격은 약 50 K에서 닫히며, 이는 임계 온도(Tc)가 이 값 근처임을 시사한다.
• 터널링 스펙트럼에서 명확한 응집 피크가 관찰되어 응집된 준입자 자극의 존재를 확인하였다.
• 증가하는 전자 도핑에 따라 시스템이 절연체 상태를 거쳐 허구 갭 유사 상태를 거쳐 초전도 상태로 전이됨을 관찰하였다.
• 관측된 초전도 행동은 구리산염 초전도체와 유사하여, 전자 도핑된 Sr2IrO4에서 고온 초전도성의 가능성에 대한 지지를 제공한다.