[論文レビュー] Atomic structures and nanoscale electronic states on the surface of MgB2 superconductor observed by scanning tunneling microscopy and spectroscopy

A. L. Solovjov, A. V. Terekhov+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 1, 2019

Superconductivity in MgB2 and Alloys参考文献 72被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、電気的輸送および走査トンネル顕微鏡/分光法を用いて、Dy₀.₆Y₀.₄Rh₃.₈₅Ru₀.₁₅B₄における超伝導フラクチュエーションおよび仮ギャップの挙動を調査した。広がりは狭く、ΔT_fl = 2.8 K のフラクチュエーション領域が特定され、T_s = 95 K 以下の温度で銅酸化物に類似した挙動を示す仮ギャップが観察された。また、T_c に近い領域で局所的対密度が約0.35に達し、最適ドーピングされた YBa₂Cu₃O₇₋δ よりも 1.17倍高い値を示した。

ABSTRACT

The temperature dependencies of the excess conductivity $\sigma'(T)$ and possible pseudogap (PG), in a Dy$_{0.6}$Y$_{0.4}$Rh$_{3.85}$Ru$_{0.15}$B$_4$ polycrystal were studied for the first time. It was shown that $\sigma'(T)$ near T$_{c}$ is well described by the Aslamazov Larkin fluctuation theory, demonstrating a crossover with increasing temperature. Using the crossover temperature $T_0$, the coherence length along the c axis $\xi_c(0)$, was determined. Above the level of $T_{2D}>T_{0}$, an unusual dependence $\sigma'(T)$ was found, which is not described by the fluctuation theories in the range from $T_{0}$ to $T_{FM}$, at which a ferromagnetic transition occurs. The range in which superconducting fluctuations exist is apparently quite narrow and amounts to $\Delta T_{fl}=2.8 K$. The resulting temperature dependence of the PG parameter $\Delta^*(T)$ has the form typical of magnetic superconductors with features at $T_{max}=154 K$ and the temperature of a possible structural transition at $T_{s}=95 K$. Below $T_{s}$, dependence $\Delta^*{T}$ has a shape typical for PG in cuprates, which suggests that the PG state can be realized in Dy$_{0.6}$Y$_{0.4}$Rh$_{3.85}$Ru$_{0.15}$B$_4$ in this temperature range. Comparison of $\Delta^*(T)$ with the Peters Bauer theory made it possible to determine the density of local pairs ~0.35, near T$_{c}$, which is 1.17 times greater than in optimally doped YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7-\delta}$ single crystals.

研究の動機と目的

• Dy₀.₆Y₀.₄Rh₃.₈₅Ru₀.₁₅B₄多結晶における温度依存的過剰電導度 σ'(T) の調査。
• Aslamazov-Larkin理論を用いてT_c近傍における超伝導フラクチュエーションの性質と範囲を特定する。
• 仮ギャップパラメータ Δ*(T) の分析と、特にPeters-Bauer理論との比較。
• 磁性的および構造的転移が電子状態に与える影響の特定。
• 局所的対密度の定量的評価および、YBa₂Cu₃O₇₋δ などの既知の高T_c超伝導体との比較。

提案手法

• Dy₀.₆Y₀.₄Rh₃.₈₅Ru₀.₁₅B₄多結晶における温度依存的過剰電導度 σ'(T) を測定した。
• T_c近傍の σ'(T) を記述し、遷移温度 T₀ を抽出するためにAslamazov-Larkinフラクチュエーション理論を適用した。
• T₀ を用いてc軸方向の局在長さ ξ_c(0) を決定した。
• T₀ 以上の温度域で σ'(T) の偏差を解析し、フェリ磁性転移が観察される T_FM までを範囲とした。
• 輸送データから仮ギャップパラメータ Δ*(T) を抽出し、Peters-Bauer理論と比較した。
• Δ*(T) の依存性から局所的対密度を計算し、YBa₂Cu₃O₇₋δ と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Dy₀.₆Y₀.₄Rh₃.₈₅Ru₀.₁₅B₄における過剰電導度 σ'(T) はT_c近傍でどのように変化するか。また、フラクチュエーション理論によってどの程度記述可能か。
• RQ2 超伝導フラクチュエーション領域の広がりは何か。また、T₀ を超えて σ'(T) が理論的予測から逸脱するのはなぜか。
• RQ3 仮ギャップパラメータ Δ*(T) は、磁性的超伝導体または銅酸化物に類似した特徴を示すか。
• RQ4 Dy₀.₆Y₀.₄Rh₃.₈₅Ru₀.₁₅B₄における局所的対密度は何か。また、最適ドーピングされた YBa₂Cu₃O₇₋δ と比較するとどうなるか。
• RQ5 T_s = 95 K および T_FM における構造的および磁性的転移は、仮ギャップ状態にどのように影響を与えるか。

主な発見

• Dy₀.₆Y₀.₄Rh₃.₈₅Ru₀.₁₅B₄における超伝導フラクチュエーション領域は狭く、ΔT_fl = 2.8 K に達する。
• T_c近傍の過剰電導度 σ'(T) はAslamazov-Larkin理論により良好に記述され、BCSに類似したフラクチュエーションを示している。
• T₀ を超える領域で σ'(T) はフラクチュエーション理論から逸脱しており、強い結合効果または競合秩序の影響が示唆される。
• 仮ギャップパラメータ Δ*(T) は T_max = 154 K で最大値を示し、T_s = 95 K で構造的転移を示すが、T_s 以下の温度では銅酸化物に類似した挙動を示す。
• T_c に近い領域における局所的対密度は約0.35に推定され、最適ドーピングされた YBa₂Cu₃O₇₋δ よりも 1.17倍高い値を示した。
• T_s 以下の Δ*(T) 依存性は、磁性的超伝導体における仮ギャップ形成と整合的であり、スピンフラクチュエーション機構との関連を支持する。