[論文レビュー] Linear Scaling of the Superfluid Density with the Critical Temperature in the Layered Superconductor 2H-NbSe_2

von Rohr, F. O., Orain, J. -C.+11 more|arXiv (Cornell University)|Mar 12, 2019

Iron-based superconductors research被引用数 30

ひとこと要約

本研究では、高圧下におけるミュオンスピン回析（µSR）を用いて、2H-NbSe2における磁場浸透深度λ(T)を測定し、2.1 GPaまでTcに比例するスカラーとしての超流動密度（ns/m*）の線形スケーリングを明らかにした。通常、非摂動的超伝導と関連するとされる線形関係が、CDWの抑制が最小限に抑えられた状態でも維持されることから、遷移金属ジカルコゲナイドにおいて内在的な非摂動的対合作用が存在することが示唆され、超伝導ギャップはCDW秩序に影響されないことが判明した。

ABSTRACT

We report on high-pressure (p_max = 2.1 GPa) muon spin rotation experiments probing the temperature-dependent magnetic penetration depth in the layered superconductor 2H-NbSe_2. Upon increasing the pressure, we observe a substantial increase of the superfluid density n_s, which we find to scale linearly with T_c. This linear scaling is considered a hallmark feature of unconventional superconductivity, especially in high-temperature cuprate superconductors. Our current results, along with our earlier findings on 1T'-MoTe_2 (Z. Guguchia et. al., Nature Communications 8, 1082 (2017)), demonstrate that this linear relation is also an intrinsic property of the superconductivity in transition metal dichalcogenides, whereas the ratio T_c/T_F is approximately a factor of 20 lower than the ratio observed in hole-doped cuprates. We, furthermore, find that the values of the superconducting gaps are insensitive to the suppression of the quasi-two-dimensional CDW state, indicating that the CDW ordering and the superconductivity in 2H-NbSe_2 are independent of each other.

研究の動機と目的

• ミュオンスピン回析を用いて、2H-NbSe2における超流動密度の圧力依存性を調査すること。
• 銅酸化物系や鉄系超伝導体と同様に、非摂動的超伝導体に特徴的な超流動密度とTcの線形スケーリングが水圧下でも維持されるかを同定すること。
• 水圧下における2H-NbSe2における超伝導性と電荷密度波（CDW）秩序の相関関係を評価すること。
• 電子状態の圧力誘発的変化にもかかわらず、超伝導ギャップ構造が等方的かつ変化しないかを検証すること。

提案手法

• 立方アンビルプレスを用いて、2.1 GPaまで2H-NbSe2における高圧µSR実験を実施した。
• 複数の圧力下でTc以上および以下での横磁場（TF）µSR時間スペクトルを測定し、ミュオンスピンの崩壊率σscを抽出した。
• σscを用いて、σsc ∝ λ−4に従い、磁場浸透深度λ(T)を決定し、超流動密度ns/m* ∝ λ−2に結びつけることにより、関連づけた。
• λ(T)データをαモデルにフィットさせ、超伝導ギャップの対称性と温度依存性を分析した。
• TcとTCDWの圧力依存性を比較し、CDWの抑制が超伝導性に与える影響を評価した。
• σscの温度依存性を分析し、等方的s波対合作用および低温でのギャップ飽和を確認した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2H-NbSe2における超流動密度は、銅酸化物系や鉄系超伝導体と同様に、水圧下でもTcに比例して線形にスケーリングするか？
• RQ2 CDW状態の抑制が進行しても、2H-NbSe2におけるns/m*とTcの線形スケーリングは維持されるか？
• RQ3 2H-NbSe2における超伝導ギャップは、準二次元的CDW秩序の抑制に敏感か？
• RQ4 2H-NbSe2における超伝導ギャップの等方性は、圧力下でも変化せず、強固なs波対合作用を示唆するか？

主な発見

• 大気圧から2.2 GPaに至るまで、超流動密度ns/m*は約30%増加したが、ギャップ対称性に顕著な変化は認められなかった。
• 全圧力範囲（0–2.2 GPa）において、ns/m*とTcの線形スケーリングが観察され、非摂動的超伝導の特徴的兆候が確認された。
• 超伝導ギャップは等方的であり、低温で飽和する傾向を示し、ノードなしのs波対合作用を示唆した。
• CDW転移温度TCDWは圧力によって顕著に低下したが、超伝導ギャップおよびTcは僅かに増加するにとどまり（∆Tc < 1 K）、CDWと超伝導性の結合は弱いことが示された。
• 超伝導ギャップはCDWの抑制に影響されないため、2H-NbSe2において超伝導性とCDW秩序は独立して調整可能であることが示唆された。
• 2H-NbSe2におけるns/m*とTcの線形スケーリングは、1T’-MoTe2における先行研究と併せ、遷移金属ジカルコゲナイド超伝導体の一般的な特徴であることが示された。