[论文解读] Emergence of a superconducting state from an antiferromagnetic phase in single crystals of the heavy fermion compound Ce2PdIn8

D. Kaczorowski, Adam Pikul+2 more|ArXiv.org|Jun 10, 2009

Rare-earth and actinide compounds参考文献 1被引用 3

一句话总结

本研究在单晶 Ce2PdIn8 中识别出常压下的重费米子超导态，Tc = 0.68 K，其源自在 TN = 10 K 时的长程反铁磁（AF）基态。在零压下，Ce2PdIn8 中反铁磁性与超导性的共存使其有别于大多数重费米子化合物，暗示磁性与超导性之间存在独特相互作用，可能表明配对机制为非常规配对。

ABSTRACT

Single crystals of Ce2PdIn8 were studied by means of magnetic susceptibility, electrical resistivity and specific heat measurements. The compound was found to be a heavy fermion clean-limit superconductor with Tc = 0.68 K. Most remarkably, the superconductivity in this system emerges out of the antiferromagnetic state that sets in at TN = 10 K, and both cooperative phenomena coexist in a bulk at ambient pressure conditions.

研究动机与目标

• 研究新型 Ce2MIn8 族成员单晶 Ce2PdIn8 的电子与磁性性质。
• 确定 Ce2PdIn8 中的超导性是否如其他重费米子体系中所见，源自磁有序态。
• 通过其临界温度、上临界磁场及配对对称性来表征超导态。
• 评估由于接近反铁磁序，Ce2PdIn8 中的超导性是否为非常规超导。

提出的方法

• 通过 In 液相法生长 Ce2PdIn8 单晶，并通过 X 射线衍射和微区成分分析予以确认。
• 采用标准实验技术测量磁化率、电阻率和比热。
• 应用居里-外斯定律分析磁化率数据，以提取有效磁矩和外斯温度。
• 利用包含 Kondo 散射（cK ln T）、电子-声子散射（cph T）及剩余电阻率（ρ0 + ρ∞）的模型对电阻率数据进行拟合。
• 通过分析比热数据，确定电子比热系数 γn 及 ΔC/γnTc 比值，以推断配对对称性。
• 从电阻率和比热数据中提取上临界场 Hc2，并利用其温度依赖性计算 dHc2/dT 和 Hc2(0)。

实验结果

研究问题

• RQ1 Ce2PdIn8 中的超导性是否源自反铁磁基态？若然，其共存的性质如何？
• RQ2 单晶 Ce2PdIn8 中超导性的临界温度 Tc 是多少？其在磁场中的依赖关系如何？
• RQ3 基于 Tc 以下 C/T 的线性 T 依赖关系，Ce2PdIn8 中的超导态是否为非常规超导？
• RQ4 Ce2PdIn8 中的超导参数（Hc2、κGL、ξ0、λGL）与典型重费米子超导体 CeCu2Si2 相比如何？
• RQ5 Kondo 屏蔽与晶体电场效应在 Ce2PdIn8 的磁性与输运性质中起何种作用？

主要发现

• Ce2PdIn8 在 Tc = 0.68 K 时表现出体超导性，电阻率完全降至零。
• 反铁磁转变温度为 TN = 10 K，电阻率出现明显拐点，磁化率出现极大值。
• 在 Tc 处的比热跃迁给出 ΔC/γnTc ≈ 1.5，接近 BCS 理论值 1.43，表明为弱耦合超导体，λ ≈ 0.49。
• 在 Tc 以下，比热比值 C/T 随温度线性变化，这是具有能隙结构节点的非常规超导性的典型特征。
• 上临界场 Hc2(0) 估计为 ~4.8 T，初始斜率 dHc2/dT ≈ -14.3 T/K 较大，表明存在重费米子且为清洁极限超导态。
• Ginzburg-Landau 参数 κGL ≈ 21 确认为 II 类超导体，且平均自由程 l ≈ 42 mm 长，进一步证实其为清洁极限超导体。