[논문 리뷰] Unconventional Superconductivity in the Vicinity of Strong First-Order Helimagnetic Transition in CrAs: ^75As-Nuclear Quadrupole Resonance Study

Hisashi Kotegawa, Hideki Tou외 2명|arXiv (Cornell University)|2014. 08. 14.

Iron-based superconductors research인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 CrAs에서 1차 순서 헬리마그네틱 전이 근처의 초전도성을 압력 하에서 75As-핵분열력공진(핵쿼드루플레볼루션레조넌스, NQR)을 사용하여 조사한다. 상분리 상태가 드러나며, 강한 1차 순서 HM-PM 전이, 양자临界점 없음, 그리고 PM 상에서 지속되는 자기플럭투에이션을 보인다. 초전도 상태에서 1/T₁에 일관성 피크가 없음을 확인함으로써 CrAs는 첫 번째 Cr 기반 비국소 초전도체임을 입증한다.

ABSTRACT

Pressure-induced superconductivity was recently discovered in the binary helimagnet CrAs. We report the results of measurements of nuclear quadrupole resonance for CrAs under pressure. In the vicinity of the critical pressure P_c between the helimagnetic (HM) and paramagnetic (PM) phases, a phase separation is observed. The large internal field remaining in the phase-separated HM state indicates that the HM phase disappears through a strong first-order transition. This indicates the absence of a quantum critical point in CrAs; however, the nuclear spin-lattice relaxation rate 1/T_1 reveals that substantial magnetic fluctuations are present in the PM state. The absence of a coherence effect in 1/T_1 in the superconducting state provides evidence that CrAs is the first Cr-based unconventional superconductor.

연구 동기 및 목표

• 압력 하에서 CrAs의 자기상전이 성격을 조사하는 것, 특히 임계압력 P_c 근처에서의 성격을 밝혀내는 것.
• CrAs에서 헬리마그네틱-비자기상 전이 시에 양자临계점이 존재하는지 여부를 규명하는 것.
• 핵스핀-격자 릴랙세이션을 이용해 비자기상의 전자 및 자기플럭투에이션을 탐색하는 것.
• NQR를 통한 초전도 갭 구조 분석을 통해 CrAs의 초전도성 쌍성대칭을 규명하는 것.

제안 방법

• 수압을 가한 상태에서 CrAs에 대해 75As-NQR 측정을 수행하여 局소 전자 및 자기 성질을 탐색하는 것.
• 핵스핀-격자 릴랙세이션 속도 1/T₁을 분석하여 비자기상에서의 자기플럭투에이션 강도 및 동역학을 평가하는 것.
• NQR 공진 주파수 및 선폭의 변화를 모니터링하여 헬리마그네틱 상에서의 상분리 및 내부장의 존재를 감지하는 것.
• 초전도 상태에서 1/T₁의 온도 의존성을 검토하여, 국소적 또는 비국소적 쌍성대를 나타내는 일관성 피크의 유무를 탐지하는 것.
• 압력을 조절 매개변수로 사용하여 시스템이 헬리마그네틱-비자기상 전이를 거쳐 초전도상으로 이르게 하는 것.
• 관측된 NQR 거동을 양자临계성 및 비국소 초전도성에 대한 이론적 예측과 비교하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CrAs에서 헬리마그네틱-비자기상 전이가 양자临계 행동을 보이거나 1차 순서 특성을 갖는가?
• RQ2 임계압력 근처에서 CrAs의 비자기상에서의 자기플럭투에이션 성격은 무엇인가?
• RQ3 초전도 상태에서 핵스핀-격자 릴랙세이션 속도 1/T₁에 일관성 피크가 존재하는가? 이는 국소적 쌍성대를 나타내는가?
• RQ4 임계압력 P_c 근처에서 상분리는 NQR 스펙트럼에 어떻게 나타나는가?
• RQ5 1/T₁에서 일관성 피크가 없는 것은 CrAs 초전도성의 쌍성대 대칭에 대해 어떤 의미를 갖는가?

주요 결과

• 헬리마그네틱 상이 임계압력 P_c에서 강한 1차 전이를 통해 사라지며, 상분리 상태에서 큰 내부장이 유지됨으로써 이를 뒷받침한다.
• 전이가 불연속적이며 임계플럭투에이션과 관련이 없기 때문에 CrAs에는 양자临계점이 존재하지 않는다.
• 핵스핀-격자 릴랙세이션 속도 1/T₁의 온도 의존성으로부터 비자기상에서 상당한 자기플럭투에이션이 지속됨을 확인할 수 있다.
• 초전도 상태에서 1/T₁에 일관성 피크가 없음을 통해 CrAs에서 비국소 쌍성대가 직접적으로 입증된다.
• NQR 데이터와 일관성 피크의 부재를 바탕으로 CrAs는 첫 번째 Cr 기반 비국소 초전도체로 확인된다.