[논문 리뷰] Evidence for two-gap superconductivity and SDW pseudogap in (Ba,K)Fe_2As_2 by directional point contact Andreev reflection spectroscopy

P. Szabó, Z. Pribulová외 4명|arXiv (Cornell University)|2008. 09. 09.

Iron-based superconductors research인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 Ba₀.₅₅K₀.₄₅Fe₂As₂ 단일 결정을 대상으로 방향성 점접촉 안드레ев 반사 스펙트로스코피를 수행하여 Tc 이하에서 ab-면 내 두 개의 초전도 갭을 규명하였으며, 하나는 BCS 값 이하의 작은 갭이고, 다른 하나는 강한 결합을 보이는 더 큰 갭이다. c-방향에서는 Tc 이상에서도 감소된 영점 투과도가 지속되며, 이는 구조 전이 및 자성 전이와 관련된 허위 갭을 시사한다.

ABSTRACT

Directional point-contact Andreev-reflection spectroscopy measurements on the Ba$_{0.55}$K$_{0.45}$Fe$_2$As$_2$ single crystals are presented. The spectra show significant differences when measured in the $ab$ plane in comparison with those measured in the $c$ direction of the crystal. In the latter case only a reduced point-contact conductance around zero bias has been revealed persisting well above $T_c$ and probably related to the structural and magnetic transitions in the system. Within the $ab$ plane two superconducting energy gaps are detected below $T_c$. Here a reduced conductance above $T_c$ could also be found. The fits of the $ab$-plane data to the superconducting s-wave two-gap model indicate that the smaller gap has a size below the BCS value while the large gap reveals much higher coupling strength.

연구 동기 및 목표

• Ba₀.₅₅K₀.₄₅Fe₂As₂의 초전도 갭 구조를 방향성 점접촉 안드레ев 반사 스펙트로스코피를 통해 조사하기 위해.
• ab-면 내 다중 초전도 갭이 존재하는지 여부와 그 온도에 따른 변화를 규명하기 위해.
• c-방향에서 Tc 이상에서도 지속되는 감소된 영점 투과도의 기원과 구조 전이 및 자성 전이와의 관계를 조사하기 위해.
• 이중 갭 s-파라미터 모델을 사용하여 두 초전도 갭의 결합 강도를 평가하기 위해.

제안 방법

• Ba₀.₅₅K₀.₄₅Fe₂As₂ 단일 결정을 대상으로 방향성 점접촉 안드레ев 반사 스펙트로스코피를 수행하였다.
• 이sovotropic 전자 반응을 비교하기 위해 ab-면 및 c축 방향에서 측정을 실시하였다.
• 초전도성 및 허위 갭 행동의 징후를 확인하기 위해 온도 함수로 영점 투과도를 분석하였다.
• ab-면 스펙트럼을 이중 갭 s-파라미터 초전도 모델에 적합시켜 갭 크기 및 결합 강도를 추출하였다.
• 안드레ев 반사의 이론적 모델링을 활용하여 투과도 스펙트럼을 해석하고, 초전도성 기여와 허위 갭 기여를 구분하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Ba₀.₅₅K₀.₄₅Fe₂As₂의 ab-면 내에서 다중 초전도 갭이 공존하는가?
• RQ2 c-방향에서 Tc 이상에서 영점 투과도는 어떻게 변화하며, 그 지속성의 원인은 무엇인가?
• RQ3 ab-면에서 규명된 두 초전도 갭의 결합 강도는 무엇인가?
• RQ4 c-방향에서 관측된 허위 갭은 구조 전이 또는 스핀 밀도 파동(SDW) 전이와 관련이 있는가?
• RQ5 이系의 이방성 전자적 성질은 초전도성과 자성 질서 간의 상호작용을 어떻게 반영하는가?

주요 결과

• Tc 이하 ab-면에서 두 개의 상이한 초전도 갭이 관측되었으며, 작은 갭은 BCS 값 이하였다.
• 더 큰 초전도 갭은 전통적인 BCS 쌍결합과 비교해도 현저히 증가된 결합 강도를 보였다.
• c-방향에서는 Tc 이상에서도 감소된 영점 투과도가 지속되며, 이는 구조 전이 및 자성 전이와 관련된 허위 갭 상태를 시사한다.
• ab-면에서도 Tc 이상에서 감소된 투과도가 관측되어, 형성된 쌍 또는 경쟁 주기의 존재를 시사한다.
• 이중 갭 s-파라미터 모델은 ab-면 데이터에 잘 적합되어 다중 초전도 채널의 존재를 확인한다.
• 투과도의 이방성 행동는 철계 초전도체에서 전자적 비균일성과 경쟁 주기의 역할을 부각시킨다.