[论文解读] Doping-induced vertical line nodes in the superconducting gap of the iron arsenide K-Ba122 from directional thermal conductivity
本研究通过将热导率测量降至50 mK，探究了K-Ba122中掺杂驱动的超导能隙节点。在x ≈ 0.16处出现的锐变转变，揭示了在κ(T)中突然出现残余线性项，表明沿c轴的垂直线节点开始出现，这可能是由于s波能隙中的偶然节点，或由对称性决定的d波转变所致。
The thermal conductivity k of the iron-arsenide superconductor K-Ba122 was measured down to 50 mK in a magnetic field up to 15 T, for a heat current parallel and perpendicular to the tetragonal c axis. In the range from optimal doping (x ~ 0.4) down to x = 0.16, there is no residual linear term in k(T) at T = 0, showing that there are no nodes in the superconducting gap anywhere on the Fermi surface. Upon crossing below x = 0.16, a large residual linear term suddenly appears, signaling the onset of nodes in the superconducting gap, most likely vertical line nodes running along the c axis. We discuss two scenarios: 1) accidental nodes in an s-wave gap, resulting from a strong modulation of the gap around the Fermi surface, in which minima deepen rapidly with underdoping; 2) a phase transition from a nodeless s-wave state to a d-wave state, in which nodes are imposed by symmetry.
研究动机与目标
- 通过热导率测量确定K-Ba122中超导能隙结构的掺杂演化。
- 在掺杂相图中识别超导态下能隙节点的存在及其本质。
- 基于热输运行为，区分偶然s波节点与由对称性决定的d波节点。
- 探测低温下及高磁场下的节点出现行为。
提出的方法
- 在最高达15 T的磁场下，对单晶K-Ba122进行降至50 mK的热导率κ(T)测量。
- 使热流平行和垂直于四角晶系的c轴，以探测各向异性的能隙结构。
- 分析κ(T)在T → 0极限下的残余线性项，该现象标志能隙节点的存在。
- 将掺杂浓度x从最佳掺杂（x ≈ 0.4）逐渐降低至x = 0.16，以追踪能隙节点的形成过程。
- 将实验结果与s波和d波配对对称性的理论模型进行比较。
- 利用磁场依赖性抑制超导性，以确认节点信号的存在。
实验结果
研究问题
- RQ1K-Ba122中的超导能隙在所有掺杂水平下是否保持无节点？还是在临界掺杂以下出现节点？
- RQ2在x ≈ 0.16处的能隙节点形成本质为何——是s波态中的偶然节点，还是d波态中由对称性决定的节点？
- RQ3沿c轴的热导率各向异性如何揭示能隙节点的取向？
- RQ4在T = 0时κ(T)中突然出现残余线性项，对超导配对态意味着什么？
主要发现
- 在从最佳掺杂（x ≈ 0.4）至x = 0.16的掺杂范围内，T = 0时未观察到κ(T)中的残余线性项，表明超导能隙无节点。
- 在x = 0.16时，κ(T)中突然出现较大的残余线性项，标志超导能隙中节点的出现。
- 所观测到的节点最可能为沿c轴延伸的垂直线节点，该结论由各向异性热导率测量推断得出。
- 在x ≈ 0.16处的转变表明配对态发生定性变化，可能由s波转变为d波态，或由无节点s波态转变为有节点s波态。
- 结果支持两种可能情形：(1) 强烈能隙调制导致的s波能隙中偶然节点；(2) 由对称性决定的d波态相变，形成对称性强制的节点。
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