[论文解读] Finite bias dependent evolution of superconductor-insulator transition and Zero Bias Conductance in boron doped nanodiamond films

Davie Mtsuko, Christopher Coleman+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 21, 2016

Diamond and Carbon-based Materials Research参考文献 1被引用 3

一句话总结

本研究探讨了重硼掺杂纳米晶 diamond（BNCD）薄膜中有限偏置依赖的输运现象，揭示了在超导-绝缘体相变附近存在异常的电阻峰以及强烈的零偏置电导峰。作者将这些特征归因于电荷-Kondo效应，其中空穴掺杂剂充当简并的Kondo杂质，开启赝自旋散射通道，标度定律表明非平凡的多体相互作用驱动了相变。

ABSTRACT

We report on transport features in heavily boron doped nanocrystalline diamond (BNCD) films which are not seen in conventional (s-wave) granular superconductors. Observations include an anomalous resistance peak near to the superconducting transition temperature as well as a strong zero bias conductance peak in the current-voltage spectra. The effect of finite bias current on the evolution of the resistance peak is systematically investigated in this system. The shape of the resistance-temperature curves near the critical temperature is seen to be strongly influenced by both magnetic field and bias current. As the bias current is lowered the resistance peak becomes more pronounced whereas when the magnetic field is varied the peak shifts towards lower temperatures, the resistance upturn shows a quadratic temperature dependence as expected for a Kondo transition. We find that a number of transport features such as resistance peak height, zero bias conduction peak height and width as well as magnetoresistance peaks scale according to a power law dependence. We interpret these features as a result of a charge-Kondo effect where hole dopants act as degenerate Kondo impurities by opening additional pseudo-spin scattering channels.

研究动机与目标

• 理解重硼掺杂纳米晶 diamond（BNCD）薄膜中偏离常规s波颗粒超导体行为的非传统输运特性。
• 研究有限偏置电流和磁场对超导转变温度附近电阻峰形状与位置的影响。
• 确定观测到的零偏置电导峰和电阻上升是否可由多体Kondo类似效应解释。
• 建立关键输运参数（如峰值高度、宽度和磁阻）之间的标度关系。
• 探索在具有简并杂质能级的无序超导系统中电荷-Kondo效应的出现。

提出的方法

• 通过改变偏置电流和磁场，系统测量电流-电压（I-V）特性，以探测超导-绝缘体相变的有限偏置演化。
• 分析不同偏置电流和磁场下的电阻-温度（R-T）曲线，识别电阻峰的移动和形状变化。
• 应用幂律标度，关联电阻峰高度、零偏置电导峰高度与宽度以及磁阻峰位置。
• 利用电阻上升的二次温度依赖性，支持电阻异常的Kondo类似起源。
• 基于电荷-Kondo模型进行理论解释，其中空穴掺杂剂充当简并的Kondo杂质，实现额外的赝自旋散射通道。
• 将实验数据与Kondo效应的预测进行比较，以验证所提出的机制。

实验结果

研究问题

• RQ1 有限偏置电流如何影响BNCD薄膜中接近超导转变温度的电阻峰形状与位置？
• RQ2 在重硼掺杂纳米金刚石的电流-电压谱中，为何观测到强烈的零偏置电导峰？
• RQ3 为何电阻上升呈现二次温度依赖性，这对其背后多体物理有何含义？
• RQ4 电阻峰高度、零偏置电导峰高度与宽度以及磁阻峰是否遵循统一的幂律标度？
• RQ5 观测到的输运异常是否可由涉及简并Kondo杂质的电荷-Kondo效应解释？

主要发现

• 随着偏置电流减小，超导转变附近的电阻峰变得更加显著，表明对电流注入存在非线性响应。
• 施加磁场使电阻峰向较低温度移动，与超导配对的抑制一致。
• 在转变附近，电阻上升表现出二次温度依赖性，这是Kondo类似多体效应的特征标志。
• 峰值高度、零偏置电导峰高度与宽度以及磁阻峰均遵循幂律标度，表明具有普适行为。
• 观测到的输运特性被解释为电荷-Kondo效应所致，其中空穴掺杂剂充当简并的Kondo杂质，开启额外的赝自旋散射通道。
• 该系统表现出与强关联效应一致的非费米液体行为，与常规s波颗粒超导体不同。