[论文解读] Evidence for d-wave pairing in electron-doped superconductors

R. Prozorov, R. W. Giannetta+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 18, 2000

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用 1

一句话总结

本研究将电子掺杂超导体Pr1.85Ce0.15CuO4−δ（PCCO）和Nd1.85Ce0.15CuO4−δ（NCCO）的面内磁穿透深度λ(T)测量至0.4 K。在PCCO中，λ(T)在0.025 Tc以下遵循T²依赖关系，为d波配对提供了有力证据。在NCCO中，顺磁性Nd³⁺离子导致在4 K以下λ(T)出现上翘，拟合约束将s波的最小能隙限制为Δmin(0)/Tc < 0.57，而PCCO的拟合结果给出Δmin(0)/Tc < 0.2，支持d波对称性。

ABSTRACT

The in-plane magnetic penetration depth, $\lambda (T)$, was measured down to 0.4 K in single crystals of electron-doped superconductors, Pr$_{1.85}$Ce$_{0.15}$CuO$_{4-\delta}$ (PCCO) and Nd$_{1.85}$Ce$_{0.15}$CuO$_{4-\delta}$ (NCCO). In PCCO, the superfluid density varies as $T^2$ from 0.025 up to roughly 0.3 $T/T_c$ suggestive of a d-wave state with impurities. In NCCO, $\lambda (T)$ shows a pronounced upturn for $T < 4$ K due to the paramagnetic contribution of Nd$^{3+}$ ions. Fits to an s-wave order parameter over the standard BCS range ($T/T_c$ = 0.32) limit any gap to less than $\Delta_{min} (0)/T_c = 0.57$ in NCCO. For PCCO, the absence of paramagnetism permits a lower temperature fit and yields an upper limit of $\Delta_{min} (0)/T_c = 0.2$.

研究动机与目标

• 通过低温磁穿透深度测量，研究电子掺杂铜氧化物中的超导配对对称性。
• 在Pr1.85Ce0.15CuO4−δ（PCCO）和Nd1.85Ce0.15CuO4−δ（NCCO）中区分d波与s波配对情形。
• 评估顺磁性Nd³⁺离子对NCCO中λ(T)的影响及其对能隙对称性判定的含义。
• 使用BCS类模型拟合，确定两化合物中最小超导能隙相对于Tc的大小。

提出的方法

• 利用灵敏磁化测量技术，将PCCO和NCCO单晶的面内磁穿透深度λ(T)测量至0.4 K。
• 在BCS理论框架下分析λ(T)数据，以检验s波与d波配对对称性的假设。
• 将λ(T)对标准BCS表达式进行s波配对拟合，范围为T/Tc = 0.32，以提取最小能隙Δmin(0)/Tc。
• 利用PCCO中无顺磁性贡献的特性，将拟合延伸至更低温度，从而对最小能隙施加更严格的约束。
• 通过在NCCO中高于4 K的温度范围拟合λ(T)并外推，以估算超导贡献，从而考虑Nd³⁺的顺磁性贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 PCCO中λ(T)的温度依赖性是否支持d波配对对称性？
• RQ2 顺磁性Nd³⁺离子如何影响NCCO中的磁穿透深度？这对能隙对称性有何含义？
• RQ3 在s波配对假设下，NCCO中最小超导能隙Δmin(0)/Tc的上限是多少？
• RQ4 PCCO中Δmin(0)/Tc的上限是多少？该结果是否支持d波配对而非s波配对？

主要发现

• 在PCCO中，超流密度从0.025 Tc至约0.3 Tc范围内随T²变化，与杂质存在下的d波配对一致。
• 在NCCO中，由于Nd³⁺离子的顺磁性贡献，λ(T)在4 K以下出现显著上翘，该效应必须在能隙分析中予以考虑。
• 对于NCCO，将s波BCS模型拟合于T/Tc = 0.32范围，得到Δmin(0)/Tc < 0.57的上限，表明存在小但有限的能隙。
• 对于PCCO，由于无顺磁性效应，可进行更低温度的拟合，得出更严格的上限Δmin(0)/Tc < 0.2，支持d波对称性。
• PCCO中λ(T)的T²依赖性与常规s波配对不一致，强烈支持d波配对。
• 结果表明，电子掺杂超导体表现出d波配对对称性，其能隙结构由低温λ(T)测量结果所约束。