[논문 리뷰] Superconductivity in trilayer nickelate La4Ni3O10 under pressure

Mingxin Zhang, Cuiying Pei외 29명|arXiv (Cornell University)|2023. 11. 13.

Magnetic and transport properties of perovskites and related materials인용 수 17

한 줄 요약

논문은 trilayer nickelate La4Ni3O10에서 압력에 의한 초전도성을 보고하며, 초전도성은 밀도파 질서를 억제될 때 25 K 근처에서 나타나고 대략 큰 부피분율로 벌크 초전도성이 입증된다. 이론적 분석은 AFM super-exchange를 페어링 메커니즘으로 시사한다.

ABSTRACT

Nickelate superconductors have attracted a great deal of attention over the past few decades due to their similar crystal and electronic structures with high-temperature cuprate superconductors. Here, we report the superconductivity in a pressurized Ruddlesden-Popper phase single crystal, La4Ni3O10 (n = 3), and its interplay with the density wave order in the phase diagram. With increasing pressure, the density wave order as indicated by the anomaly in the resistivity is progressively suppressed, followed by the emergence of the superconductivity around 25 K under I4/mmm space group. The susceptibility measurements confirm bulk superconductivity with a volume fraction exceeding 80%. Moreover, theoretical analysis unveils that antiferromagnetic (AFM) super-exchange interactions can serve as the effective pairing interaction for the emergence of superconductivity (SC) in pressurized La4Ni3O10. Our research provides a new platform for the investigation of the unconventional superconductivity mechanism in Ruddlesden-Popper trilayer perovskite nickelates.

연구 동기 및 목표

• La4Ni3O10 (n=3)이 외부 압력하에서 초전도성이 되는지 조사한다.
• 상태도에서 밀도파 질서와 초전도성 간의 상호 작용을 매핑한다.
• 자출권 측정으로 초전도 상태의 벌크 특성과 부피분율을 표기한다.
• 압력 상태의 삼층 니켈레이트에서 페어링 메커니즘을 이론적으로 탐구한다.

제안 방법

• La4Ni3O10 단결정을 고압으로 적용하고 저항측정을 통해 밀도파 이상 및 초전도 전이를 모니터링한다.
• 압력 하에서 결정 대칭(I4/mmm)과 초전도성과의 관계를 파악한다.
• 자기감응 측정을 수행하여 벌크 초전도성을 평가하고 부피분율(>80%)을 추정한다.
• 압력 하 삼층 니켈레이트의 초전도성을 위한 유효 페어링 상호작용으로 AFM super-exchange를 식별하는 이론 분석을 개발한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 압력하에서 La4Ni3O10이 초전도성이 되는가, 어떤 조건에서(압력, 온도) 발생하는가?
• RQ2 압력이 밀도파 질서를 어떻게 억제하고 위상도에서 초전도성을 어떻게 안정화하는가?
• RQ3 압력하에서 초전도 상태의 Nature와 벌크 분율은 어떠한가?
• RQ4 압력하 La4Ni3O10의 페어링을 설명할 수 있는 미시적 메커니즘은 무엇인가(예: AFM super-exchange)?

주요 결과

• 압력 하에서 I4/mmm 상에서 La4Ni3O10(n=3)에서 약 25 K 근처에 초전도성 emergence가 관찰된다.
• 저항 이상으로 나타난 밀도파 질서는 압력이 증가함에 따라 점차 억제된다.
• 자기감응에 의한 벌크 초전도성은 벌크 분율이 80%를 초과하는 것으로 확인된다.
• 이론 분석은 이 시스템에서의 초전도 페air링 상호작용으로 반강자성 초교환(AFМ super-exchange) 상호작용을 가리킨다.