[论文解读] Field-induced quantum critical point and nodal superconductivity in the heavy-fermion superconductor Ce2PdIn8

J. K. Dong, H. Zhang+8 more|arXiv (Cornell University)|Aug 4, 2010

Rare-earth and actinide compounds参考文献 24被引用 6

一句话总结

本研究通过将电阻率和热导率测量降至50 mK，探究了重费米子超导体Ce2PdIn8，发现在上临界场Hc2处存在场诱导的量子临界点，以及非传统的节点型超导态。在Hc2附近，热导率k(H)/T的急剧跃迁表明其具有类似一阶相变的特征，与CeCoIn5中的Q相类似，提示Ce2PdIn8可能是研究奇异超导态（如Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov态）的候选体系。

ABSTRACT

The interplay between magnetism and superconductivity has been a central issue in unconventional superconductors. While the dynamic magnetism could be the source of electron pairing, the static magnetism is generally believed to compete with superconductivity. In this sense, the observation of Q phase, the coupled spin-density wave order and superconductivity, in the heavy-fermion superconductor CeCoIn5 is very puzzling. Whether this Q phase origins from the novel Fulde-Ferrel-Larkin-Ovchinnikov state is under hot debate. Here we report the resistivity and thermal conductivity study of a newly discovered heavy-fermion superconductor Ce2PdIn8 down to 50 mK. We find an unusual field-induced quantum critical point at the upper critical field Hc2 and unconventional nodal superconductivity in Ce2PdIn8. The jump of thermal conductivity k(H)/T near Hc2 suggests a first-order-like phase transition at low temperatures. These results mimic the features of the Q phase in CeCoIn5, implying that Ce2PdIn8 is another promising compound to investigate the exotic Q phase and FFLO state. The comparison between CeCoIn5 and Ce2PdIn8 may help to clarify the origin of the Q phase.

研究动机与目标

• 研究新发现的重费米子超导体Ce2PdIn8中磁性与超导性的相互作用。
• 确定Ce2PdIn8是否在上临界场Hc2处存在场诱导的量子临界点。
• 通过热电输运测量探究Ce2PdIn8中配对机制的本质。
• 将Ce2PdIn8中观测到的量子临界行为与CeCoIn5中的非传统Q相进行比较，以阐明奇异超导态的起源。

提出的方法

• 在单晶Ce2PdIn8上进行了低温电阻率和热导率测量，最低温度达50 mK。
• 通过分析热导率κ(H)/T随磁场的变化，检测量子相变的特征信号。
• 将上临界场Hc2识别为热导率出现急剧异常的临界场。
• 基于Hc2附近热导率行为的相似性，与CeCoIn5中的Q相进行比较。
• 重点通过输运性质的磁场和温度依赖性，识别一阶类似相变和节点型超导能隙。
• 结合观测到的量子临界性，讨论了Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov（FFLO）态的理论意义。

实验结果

研究问题

• RQ1 Ce2PdIn8是否在上临界场Hc2处表现出由热导率异常指示的场诱导量子临界点？
• RQ2 Ce2PdIn8中超导配对的本质是什么？其是否表现出节点型能隙结构？
• RQ3 Ce2PdIn8中热导率行为与CeCoIn5中Q相的热导率行为有何异同？
• RQ4 在Hc2附近观测到的一阶类似相变是否可与奇异超导态（如FFLO态）的形成相关联？
• RQ5 Ce2PdIn8与CeCoIn5之间行为的相似性，对Q相的普遍起源有何启示？

主要发现

• 在上临界场Hc2附近，热导率κ(H)/T的急剧跃迁表明Ce2PdIn8在低温下存在类似一阶的量子相变。
• 在Hc2处的场诱导量子临界点是相图中的关键特征，提示强电子关联效应。
• Ce2PdIn8中的超导态表现出非传统节点型配对，其依据来自热导率的磁场和温度依赖性。
• Hc2附近的κ(H)/T行为与CeCoIn5中Q相的观测结果高度相似，提示可能存在共同起源。
• 结果表明，Ce2PdIn8是研究奇异超导态（包括Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov态）的有前途候选体系。
• Ce2PdIn8与CeCoIn5的比较可能有助于解决关于Q相微观起源的长期争议。