[논문 리뷰] Temperature and Spatial Dependence of the Superconducting and Pseudogap of NdFeAsO0.86F0.14

Minghu Pan, Xuexia He외 8명|ArXiv.org|2008. 08. 06.

Iron-based superconductors research참고 문헌 10인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 철기 초전도체 NdFeAsO0.86F0.14 (Tc = 48 K)에서 초전도 및 허위간극 상태를 공간 해상도가 높은 스캐닝 턨널링 현미경/스펙트로스코피(STM/STS)를 이용해 조사한다. 이는 서로 다른 공간 영역에 존재하는 두 가지 초전도 갭(18 meV 및 9 meV)을 규명하였으며, 이 중 더 작은 갭만 BCS 유사 행동을 보임을 확인한다. Tc 이상에서는 허위간극이 Tc보다 약간 높은 온도에서 급격히 열리고 120 K에서 닫히며, 이는 컵레이트와는 달리 경쟁적인 순서 매개변수를 나타낸다.

ABSTRACT

The discovery of superconductivity with a critical temperature exceeding 55 K in the iron-oxypnictides and related compounds has quite suddenly given the community a new set of materials - breaking the tyranny of copper. This new class of materials raises fundamental questions related to the origin of the electron pairing in the superconducting state and to the similarity to superconductivity in the cuprates. Here, we report spatially resolved measurements using scanning tunneling microscopy/spectroscopy (STM/STS) of the newly discovered iron-based layered superconductor NdFeAsO0.86F0.14 (Tc = 48 K) as a function of temperature. The tunneling spectra at 17 K show a suppression of spectral intensity within +/- 10 meV, indicative of the opening of the superconducting gap (SG). Below Tc, the sample exhibits two characteristic gaps - a large one (18 meV) and a small one (9 meV) - existing in different spatial locations. Both gaps are closed above Tc at the bulk Tc, but only the small gap can be fitted with a superconducting gap function. This gap displays a BCS - like order parameter. Above Tc, at the same location where the small gap was observed, a pseudogap (PG) opens abruptly at a temperature just above Tc and closes at 120 K. In contrast to the cuprates, the SG and PG have competing order parameters.

연구 동기 및 목표

• 철기 초전도체 NdFeAsO0.86F0.14에서 초전도 및 허위간극 상태의 공간적 및 온도 의존성을 조사하기 위해.
• 관측된 갭이 전통적인 초전도성에서 벗어나 BCS 유사 행동을 보이는지 여부를 규명하기 위해.
• 초전도 갭과 허위간극 간의 관계를 명확히 하여, 이들이 공존하는지 또는 경쟁하는지 규명하기 위해.
• 철기 초전도체에서의 허위간극 행동을 컵레이트와 비교하여, 개시 온도 및 순서 매개변수 대칭성 측면에서 분석하기 위해.

제안 방법

• 공간 해상도가 높은 터널링 스펙트럼을 확보하기 위해 스캐닝 터널링 현미경/스펙트로스코피(STM/STS)를 사용하여 NdFeAsO0.86F0.14 표면에서 측정하였다.
• 일반적인 임계 온도 Tc = 48 K 이하 및 이상의 다양한 온도에서 측정를 수행하였다.
• 스펙트럼 분석을 통해 국소 밀도 상태에서의 초전도 갭(SG) 및 허위간극(PG) 특징을 식별하였다.
• 순서 매개변수의 성격을 평가하기 위해 데이터를 BCS 유사 초전도 갭 함수로 피팅하였다.
• 특정 원자 척도 영역과 관련된 다양한 갭 값의 존재를 상관관계 분석하기 위해 공간 맵핑을 수행하였다.
• 온도에 따른 갭의 변화를 분석하여 허위간극의 개시 및 닫힘 온도를 규명하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NdFeAsO0.86F0.14에서 다수의 초전도 갭이 공존하는가, 만약 그렇다면 공간적으로 분리되어 있는가?
• RQ2 더 작은 초전도 갭(9 meV)이 BCS 유사 행동을 따르는가, 그리고 더 큰 갭과 비교하여 어떻게 다른가?
• RQ3 Tc 이상에서 허위간극이 어느 온도에서 열리며, 이는 별개의 에너지 척도와 일치하는가?
• RQ4 이 철기 초전도체에서 허위간극이 초전도 상태와 경쟁하는가, 아니면 그 전구단계인가?
• RQ5 NdFeAsO0.86F0.14에서의 허위간극 행동은 컵레이트 초전도체와 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 17 K에서 터널링 스펙트럼은 ±10 meV 내에서 스펙트럼 강도가 감소함을 보여, 초전도 갭이 열림을 나타낸다.
• 두 가지 다른 초전도 갭이 관측되었으며, 각각 18 meV의 큰 갭과 9 meV의 작은 갭으로, 표면의 서로 다른 공간 영역에 존재한다.
• 9 meV 갭은 BCS 유사 행동을 보이며 초전도 갭 함수로 잘 기술되며, 18 meV 갭은 이 모델에 부합하지 않는다.
• Tc 이상에서는 허위간극이 Tc보다 약간 높은 온도에서 급격히 열리고 120 K에서 닫히며, 이는 허위간극 상태에 별개의 에너지 척도가 있음을 시사한다.
• 허위간극과 초전도 갭은 서로 경쟁적인 순서 매개변수를 가짐을 확인하였으며, 이는 컵레이트에서 관찰되는 행동과 대조된다.
• 간극의 공간적 비균일성은 이 철기 초전도체에서 강한 전자 상 분리 또는 국소적 전자 쌍화 대칭성의 변동을 시사한다.