[論文レビュー] Signature of high temperature superconductivity in electron doped Sr2IrO4

Y. J. Yan, Mingqiang Ren+8 more|arXiv (Cornell University)|Jun 22, 2015

Advanced Condensed Matter Physics参考文献 25被引用数 64

ひとこと要約

本研究では、カリウム蒸着を用いて電子ドーピングされたSr2IrO4を走査トンネル顕微鏡/分光法（STM/STS）で調査し、フェルミ準位における状態密度の約95％の抑制と、明確なV字型の超伝導ギャップ、およびコherencyピークを観測した。0.5–0.6 MLのK被覆条件下で、50 K近辺で25–30 meVのギャップが閉じることから、高温超伝導が示唆され、ドーピング量の増加に伴い、絶縁体から疑似ギャップ状態を経て超伝導状態へと状態が変化する。

ABSTRACT

Sr2IrO4 was predicted to be a high temperature superconductor upon electron doping since it highly resembles the cuprates in crystal structure, electronic structure and magnetic coupling constants. Here we report a scanning tunneling microscopy/spectroscopy (STM/STS) study of Sr2IrO4 with surface electron doping by depositing potassium (K) atoms. At the 0.5-0.7 monolayer (ML) K coverage, we observed a sharp, V-shaped gap with about 95% loss of density of state (DOS) at EFand visible coherence peaks. The gap magnitude is 25-30 meV for 0.5-0.6 ML K coverage and it closes around 50 K. These behaviors exhibit clear signature of superconductivity. Furthermore, we found that with increased electron doping, the system gradually evolves from an insulating state to a normal metallic state, via a pseudogap-like state and possible superconducting state. Our data suggest possible high temperature superconductivity in electron doped Sr2IrO4, and its remarkable analogy to the cuprates.

研究の動機と目的

• 銅酸化物に構造的・電子的に類似した物質である電子ドーピングされたSr2IrO4における超伝導の出現を調査すること。
• 理論的モデルが予測するように、電子ドーピングがSr2IrO4に高温超伝導を誘発するかどうかを特定すること。
• 電子ドーピングの増加に伴う絶縁体から超伝導状態への電子状態の進化を特徴づけること。
• 状態密度における超伝導ギャップ特徴およびコherencyピークといった超伝導の兆候を同定すること。

提案手法

• 走査トンネル顕微鏡および分光法（STM/STS）を用いて、KドーピングされたSr2IrO4表面の局所的電子状態をプローブした。
• 0.5–0.7 モンテレイ被覆量で、Sr2IrO4に制御された電子ドーピングを達成するためにカリウム原子を蒸着した。
• フェルミ準位における空間的に分解能の高いトンネル分光スペクトルを測定し、状態密度（DOS）を抽出し、超伝導ギャップ特徴を同定した。
• 温度依存測定を実施し、超伝導ギャップの進化および閉じる挙動を追跡した。
• データを分析してコherencyピークを同定し、ギャップの大きさおよびDOSの抑制度を定量した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Sr2IrO4の電子ドーピングは、高温超伝導体に類似した特徴を示す超伝導状態を誘発するか？
• RQ2 KドーピングされたSr2IrO4における超伝導ギャップの大きさと温度依存性は何か？
• RQ3 電子ドーピング量の増加に伴い、絶縁体状態から疑似ギャップ状態を経て超伝導状態へと電子状態がどのように変化するか？
• RQ4 コherencyピークおよびフェルミ準位における状態密度の強い抑制が観測され、完全ギャップ超伝導状態が示唆されるか？

主な発見

• 0.5–0.6 モンテレイのK被覆条件下で、フェルミ準位における状態密度が約95％抑制され、鋭いV字型の超伝導ギャップが観測された。
• 超伝導ギャップの大きさは25–30 meVであり、完全ギャップ超伝導状態と整合的であった。
• ギャップは約50 Kで閉じており、臨界温度（Tc）がこの値付近であることを示唆している。
• トンネル分光スペクトルに明確なコherencyピークが観測され、一貫した準粒子励起の存在が確認された。
• ドーピング量の増加に伴い、絶縁体状態から疑似ギャップ状態を経て超伝導状態へと状態が進化する。
• 観測された超伝導的挙動は銅酸化物超伝導体と類似しており、電子ドーピングされたSr2IrO4に高温超伝導が存在する可能性を支持する。