[논문 리뷰] Phase-Sensitive measurements on the corner junction of iron-based superconductor BaFe1.8Co0.2As2

Yurong Zhou, Yanrong Li외 7명|ArXiv.org|2008. 12. 17.

Iron-based superconductors research인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 초전도 큐브링 장치를 사용하여 철기반 초전도체 BaFe1.8Co0.2As2의 모서리 접합에서 처음으로 단계 민감 측정을 보고한다. 영자기장에서 최대값을 보이는 대칭적인 프라운호퍼 회절 무늬는 a-c 및 b-c 결정면 간에 위상 이동이 없음을 나타내며, 이는 구리산염 초전도체에서 특징적인 d-파동 대칭이 아니라 s-파동 유사 쌍성 대칭을 시사한다.

ABSTRACT

We have made a phase-sensitive measurement on the corner junction of the iron-based superconductor BaFe1.8Co0.2As2, and observed the typical Fraunhofer-like diffraction pattern. The result suggests that there is no phase shift between the a-c face and b-c face of a crystal, which indicates that the superconducting wavefunction of the iron based superconductor is different from that of a cuprate superconductor.

연구 동기 및 목표

• 철기반 초전도체, 특히 BaFe1.8Co0.2As2에서 초전도 파동함수 대칭을 규명하는 것. 이는 아직 논란이 되고 있는 d-파동 대비 s-파동 쌍성 모델 간의 갈등을 다루기 위함이다.
• 초전도 질서 매개변수가 결정학적 면 간에 π 위상 이동을 보이는지 테스트하는 것. 이는 구리산염 초전도체에서 d-파동 쌍성의 핵심적 특징이다.
• 단계 민감 모서리 접합을 사용하여 철기반 초전도체의 쌍성 대칭을 직접 실험적으로 탐지하는 데 목적이 있다.
• 철기반 초전도체가 구리산염 초전도체와 유사한지, 또는 전통적인 초전도체와 유사한지에 대한 모순되는 이론적 및 실험적 증거를 해결하는 것.

제안 방법

• 단일 결정 BaFe1.8Co0.2As2를 벌어진 평면을 자연 장벽으로 사용하여 모서리 접합으로 제작하였으며, 전기적 접촉을 위해 각각 40 nm의 Au와 300 nm의 Pb 층을 사용하였다.
• 자체 제작한 NbTi 초전도 코ils를 사용하여 -800 mG에서 +800 mG의 자기장을 적용하였으며, 측정는 1.8–4.2 K에서 수행되었다.
• 저항성 병렬 회로에 기반한 전류-전압(I-V) 구성에서 자기력에 따른 임계전류를 측정하였으며, 동적 저항을 사용하여 임계전류를 정밀하게 탐지하였다.
• 외부 자기장 간섭을 최소화하기 위해 이중 초전도체 차폐(내부 Pb, 외부 Nb)를 사용하였다.
• 여러 번의 열순환과 샘플을 통해 회절 무늬를 재현하여 플럭스 트랩이나 실험적 오염의 영향을 배제하였다.
• 이론 모델과 임계전류 무늬를 분석: s-파동의 경우 프라운호퍼 유사형(영자기장에서 최대값), d-파동의 경우 π-이동(영자기장에서 최소값)을 예측한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 BaFe1.8Co0.2As2의 초전도 파동함수는 a-c 및 b-c 결정면 간에 구리산염 초전도체에서 관찰되는 것과 유사하게 π 위상 이동을 보이는가?
• RQ2 단계 민감 모서리 접합 실험은 철기반 초전도체에서 s-파동과 d-파동 쌍성 대칭을 구분할 수 있는가?
• RQ3 관측된 회절 무늬는 전통적인 s-파동 쌍성 대칭인지, 아니면 비전통적인 d-파동 쌍성 대칭인지 일치하는가?
• RQ4 임계전류 무늬에서 위상 이동이 없는 것은 이 철기반 초전도체에서 d-파동 쌍성 대칭을 배제하는가?

주요 결과

• 모서리 접합의 임계전류는 영자기장에서 최대값을 보이는 대칭적인 프라운호퍼 회절 무늬를 나타내며, 이는 a-c 및 b-c 결정면 간에 위상 이동이 없음을 시사한다.
• 관측된 회절 무늬는 s-파동 쌍성 대칭의 이론적 예측과 일치하지만, 구리산염 초전도체에서 기대되는 d-파동 대칭의 π-이동 최소값과는 일치하지 않는다.
• 이 결과는 여러 샘플과 열순환 동안 재현 가능하여 플럭스 트랩이나 실험적 오염이 원인일 가능성을 배제한다.
• 임계전류는 20 μA에서 3 mA의 넓은 범위에서 측정 가능했으며 날카운 전이를 보여, 높은 품질의 접합 성능을 확인한다.
• 데이터는 BaFe1.8Co0.2As2의 초전도 질서 매개변수가 고온 구리산염 초전도체에서 특징적인 d-파동 대칭을 가지지 않는다는 것을 강력히 시사한다.
• 결과는 이 철기반 초전도체에서 쌍성 대칭이 s-파동보다 d-파동에 더 가까운 것으로 보다 직접적인 실험적 증거를 제공한다.