[论文解读] Atomic structures and nanoscale electronic states on the surface of MgB2 superconductor observed by scanning tunneling microscopy and spectroscopy

A. L. Solovjov, A. V. Terekhov+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 1, 2019

Superconductivity in MgB2 and Alloys参考文献 72被引用 4

一句话总结

本研究通过电输运和扫描隧道显微镜/谱学方法，研究了 Dy₀.₆Y₀.₄Rh₃.₈₅Ru₀.₁₅B₄ 中的超导涨落和赝能隙行为。研究揭示了一个狭窄的涨落区域（ΔT_fl = 2.8 K），在 T_s = 95 K 以下表现出类似铜氧化物的赝能隙行为，且在 T_c 附近局部成对密度约为 0.35，比最佳掺杂的 YBa₂Cu₃O₇₋δ 高出 1.17 倍。

ABSTRACT

The temperature dependencies of the excess conductivity $\sigma'(T)$ and possible pseudogap (PG), in a Dy$_{0.6}$Y$_{0.4}$Rh$_{3.85}$Ru$_{0.15}$B$_4$ polycrystal were studied for the first time. It was shown that $\sigma'(T)$ near T$_{c}$ is well described by the Aslamazov Larkin fluctuation theory, demonstrating a crossover with increasing temperature. Using the crossover temperature $T_0$, the coherence length along the c axis $\xi_c(0)$, was determined. Above the level of $T_{2D}>T_{0}$, an unusual dependence $\sigma'(T)$ was found, which is not described by the fluctuation theories in the range from $T_{0}$ to $T_{FM}$, at which a ferromagnetic transition occurs. The range in which superconducting fluctuations exist is apparently quite narrow and amounts to $\Delta T_{fl}=2.8 K$. The resulting temperature dependence of the PG parameter $\Delta^*(T)$ has the form typical of magnetic superconductors with features at $T_{max}=154 K$ and the temperature of a possible structural transition at $T_{s}=95 K$. Below $T_{s}$, dependence $\Delta^*{T}$ has a shape typical for PG in cuprates, which suggests that the PG state can be realized in Dy$_{0.6}$Y$_{0.4}$Rh$_{3.85}$Ru$_{0.15}$B$_4$ in this temperature range. Comparison of $\Delta^*(T)$ with the Peters Bauer theory made it possible to determine the density of local pairs ~0.35, near T$_{c}$, which is 1.17 times greater than in optimally doped YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7-\delta}$ single crystals.

研究动机与目标

• 研究 Dy₀.₆Y₀.₄Rh₃.₈₅Ru₀.₁₅B₄ 多晶样品中温度依赖的超额电导率 σ'(T)。
• 利用 Aslamazov-Larkin 理论确定 T_c 附近超导涨落的性质与范围。
• 分析赝能隙参数 Δ*(T)，并与理论模型（尤其是 Peters-Bauer 理论）进行比较。
• 识别磁性与结构相变在电子态演化中的作用。
• 量化局部成对密度，并与已知的高温超导体（如 YBa₂Cu₃O₇₋δ）进行比较。

提出的方法

• 测量 Dy₀.₆Y₀.₄Rh₃.₈₅Ru₀.₁₅B₄ 多晶样品的温度依赖超额电导率 σ'(T)。
• 应用 Aslamazov-Larkin 涨落理论描述 T_c 附近的 σ'(T)，并提取交叉温度 T₀。
• 利用 T₀ 确定 c 轴方向的相干长度 ξ_c(0)。
• 分析 T₀ 以上至 T_FM（发生铁磁相变）的 σ'(T) 偏离行为。
• 从输运数据提取赝能隙参数 Δ*(T)，并与 Peters-Bauer 理论进行比较。
• 根据 Δ*(T) 依赖关系计算局部成对密度，并与 YBa₂Cu₃O₇₋δ 进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 Dy₀.₆Y₀.₄Rh₃.₈₅Ru₀.₁₅B₄ 中的超额电导率 σ'(T) 在 T_c 附近如何演化？其在多大程度上可由涨落理论描述？
• RQ2 超导涨落区域的范围如何？为何 σ'(T) 在 T₀ 以上偏离理论预测？
• RQ3 赝能隙参数 Δ*(T) 是否表现出磁性超导体或铜氧化物的典型特征？
• RQ4 Dy₀.₆Y₀.₄Rh₃.₈₅Ru₀.₁₅B₄ 中的局部成对密度是多少？与最佳掺杂的 YBa₂Cu₃O₇₋δ 相比如何？
• RQ5 在 T_s = 95 K 和 T_FM 处的结构与磁性相变如何影响赝能隙态？

主要发现

• Dy₀.₆Y₀.₄Rh₃.₈₅Ru₀.₁₅B₄ 中的超导涨落区域非常狭窄，ΔT_fl = 2.8 K。
• T_c 附近的超额电导率 σ'(T) 可被 Aslamazov-Larkin 理论良好描述，表明其具有 BCS 类似的涨落行为。
• 在 T₀ 以上，σ'(T) 偏离涨落理论，提示存在强耦合或竞争序效应。
• 赝能隙参数 Δ*(T) 在 T_max = 154 K 处出现最大值，且在 T_s = 95 K 处发生结构相变，低于 T_s 时表现出类似铜氧化物的行为。
• 在 T_c 附近，局部成对密度估计为 ~0.35，比最佳掺杂的 YBa₂Cu₃O₇₋δ 高出 1.17 倍。
• T_s 以下的 Δ*(T) 依赖关系与磁性超导体中的赝能隙形成一致，支持其可能与自旋涨落机制相关。