[論文レビュー] Nodal Superconductivity with Multiple Gaps in SmFeAsO$_{0.9}$F$_{0.1}$

Yong-Lei Wang, Lei Shan+4 more|ArXiv.org|Jun 12, 2008

Iron-based superconductors research参考文献 32被引用数 40

ひとこと要約

本研究では、高Tc鉄ベース超伝導体であるSmFeAsO₀.₉F₀.₁において、点接触分光法を用いて2つの明確なエネルギーギャップを示すノードを持つ超伝導性を実証した。観測されたゼロバイアス電導度ピークとBCS理論と一致する温度依存性のギャップは、複数ギャップを有する非単純対称性ペアリングの強力な証拠を示しており、関連化合物におけるギャップ構造に関する矛盾する報告を解消するものである。

ABSTRACT

We report the observation of two gaps in the superconductor SmFeAsO$_{0.9}$F$_{0.1}$ (F-SmFeAsO) with $T_c=51.5K$ as measured by point-contact spectroscopy. Both gaps decrease with temperature and vanish at $T_c$ and the temperature dependence of the gaps are described by the theoretical prediction of the Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) theory. A zero-bias conductance peak (ZBCP) was observed, indicating the presence of Andreev bound states at the surface of F-SmFeAsO. Our results strongly suggest an unconventional nodal superconductivity with multiple gaps in F-SmFeAsO.

研究の動機と目的

• 高品質なSmFeAsO₀.₉F₀.₁単結晶における超伝導ギャップ構造およびペアリング対称性を調査すること。
• 鉄ベース超伝導体における複数ギャップまたは等方的s波ギャップの存在に関して矛盾する報告を解消すること。
• 高分解能分光法を用いて、SmFeAsO₀.₉F₀.₁にノードを持つ超伝導性および複数ギャップが存在するかどうかを特定すること。
• 観測されたギャップ特徴をBCS理論および非単純対称性ペアリングの理論予測と照らし合わせること。
• 他のFeベース超伝導体との比較を行い、試料の品質がギャップ測定に与える影響を評価すること。

提案手法

• 高圧下で合成された、研磨処理を施した高品質なSmFeAsO₀.₉F₀.₁単結晶を用い、Pt/IrまたはAuのチップを用いて点接触分光法を実施した。
• ノイズおよび加熱効果を低減するため、4端子ロックイン法を用いて電導度-電圧（G-V）特性を測定した。
• 熱的ヒステリシスの有無を確認し、再現性を確保するために2回の連続測定サイクルを実施した。
• 大きなギャップと小さなギャップにそれぞれs波およびdx²−y²波対称性を組み込んだ拡張されたBTKモデルを用いてデータをフィッティングした。
• Daganらに基づく磁場補正法を適用し、複雑な背景を持つスペクトルからのギャップ値の推定を試みた。
• ギャップのTcに近づくまでの温度依存性を分析するために、温度依存測定を実施し、BCS理論の予測と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SmFeAsO₀.₉F₀.₁は複数の超伝導ギャップを示すか。そのエネルギースケールは何か？
• RQ2 観測されたゼロバイアス電導度ピーク（ZBCP）は、表面アンドレーエフ束縁状態を伴うノード超伝導性を示唆するか？
• RQ3 2つのギャップの温度依存性は、BCS理論の予測とどのように一致するか？
• RQ4 この鉄ベース超伝導体における超伝導状態のペアリング対称性は何か？
• RQ5 試料の品質、特に高圧合成による影響がギャップ測定の明瞭さおよび信頼性に与える影響は何か？

主な発見

• 多数の点接触ジャンクションで明確なゼロバイアス電導度ピーク（ZBCP）が観測され、表面アンドレーエフ束縁状態の存在を示し、ノード超伝導性を支持する。
• 2つの明確な超伝導ギャップが特定された：大きなギャップが11 meV、小さなギャップが4.5 meVであり、両者ともTc = 51.5 Kで滑らかにゼロに減少した。
• 両ギャップの温度依存性はBCS理論の予測とよく一致しており、それらが超伝導的起源であることを確認した。
• ギャップ値（11 meVおよび4.5 meV）は測定位置によらず一貫しており、再現性があり、本質的性質であることを示した。
• 高圧法で合成されたSmFeAsO₀.₉F₀.₁試料は高品質で、密着性が高く、剛性に富んでおり、不純な接触や背景ノイズを最小限に抑え、明確なギャップ分解能を実現した。
• 最近の同様の試料を用いた走査トンネル分光法の研究結果とも良好に一致しており、本研究の妥当性を強化した。