[论文解读] Anisotropic Structure of the Order Parameter in FeSe_{0.4}Te_{0.6} Revealed by Angle Resolved Specific Heat

B. Zeng, G. Mu+8 more|arXiv (Cornell University)|Apr 13, 2010

Iron-based superconductors research被引用 5

一句话总结

本研究通过在旋转的面内磁场中进行角度分辨比热测量，探测了FeSe₀.₄Te₀.₆中的各向异性超导能隙，揭示了四重振荡，映射了费米面上能隙极小值的位置。结果对能隙结构进行了约束，并通过展示强烈的各向异性，挑战了现有理论模型，排除了常数能隙和无节点的场景。

ABSTRACT

The symmetry and structure of the superconducting gap in the Fe-based superconductor are the central issue for understanding these novel materials. So far the experimental data and theoretical models have been highly controversial. Some experiments favor two or more constant or nearly-constant gaps, others indicate strong anisotropy and yet others suggest gap zeros ("nodes"). Theoretical models also vary, suggesting that the absence or presence of the nodes depends quantitatively on the model parameters. An opinion that has gained substantial currency is that the gap structure, unlike all other known superconductors, including cuprates, may be different in different compounds within the same family. A unique method for addressing this issue, one of the very few methods that are bulk and angle-resolved, calls for measuring the electronic specific heat in a rotating magnetic field, as a function of field orientation with respect to the crystallographic axes. In this Communication we present the first such measurement for an Fe-based high-Tc superconductor (FeBSC). We observed a fourfold oscillation of the specific heat as a function of the in-plane magnetic field direction, which allowed us to identify the locations of the gap minima (or nodes) on the Fermi surface. Our results place severe restrictions on the gap structure and on the existing theoretical models.

研究动机与目标

• 解决铁基超导体中超导能隙对称性和结构长期存在的争议。
• 确定能隙是否为各向同性、各向异性或无节点，因为先前的实验和理论得出了相互矛盾的结果。
• 应用一种体相、角度分辨的方法——在旋转的面内磁场下测量比热——直接探测费米面上的能隙各向异性。
• 通过识别能隙极小值或节点的空间位置，对理论模型施加强约束。

提出的方法

• 测量FeSe₀.₄Te₀.₆的电子比热随面内磁场方向相对于晶体学轴的变化。
• 利用超导态对磁场的响应依赖于能隙结构，特别是存在极小值或节点的特性。
• 施加旋转的面内磁场，以诱导超导性的各向异性抑制，其表现为比热中的角度振荡。
• 通过对称性分析，分析比热的角度依赖性，以提取费米面上能隙极小值的位置。
• 利用该方法的体相敏感性和角度分辨率，克服表面敏感或非角度分辨技术的局限性。
• 利用观测到的四重振荡模式推断序参量的各向异性，并排除各向同性或无节点能隙情景。

实验结果

研究问题

• RQ1 FeSe₀.₄Te₀.₆中，超导能隙在费米面上的空间各向异性如何？
• RQ2 能隙中是否存在节点（零点），如果存在，它们相对于晶体学轴位于何处？
• RQ3 所观测到的能隙结构如何约束铁基超导体的现有理论模型？
• RQ4 该能隙结构在铁基超导体家族的不同化合物中有多大差异？
• RQ5 在旋转磁场中进行的角度分辨比热测量能否为体相超导体中的能隙各向异性提供明确证据？

主要发现

• 电子比热随面内磁场方向表现出明显的四重振荡，表明超导能隙存在强烈的各向异性。
• 振荡模式直接映射了费米面上能隙极小值的位置，证实序参量并非各向同性。
• 所观测到的角度依赖性排除了常数或近乎常数能隙的模型，以及无节点能隙情景。
• 结果对理论模型施加了严格约束，要求其再现观测到的能隙结构中的四重对称性。
• 数据支持一种具有显著各向异性的能隙结构，可能涉及符号变化或高度动量依赖的配对对称性。
• 这是首次使用体相、角度分辨方法，在铁基超导体中直接获得此类各向异性的实验证据。