[论文解读] Linear Scaling of the Superfluid Density with the Critical Temperature in the Layered Superconductor 2H-NbSe_2

von Rohr, F. O., Orain, J. -C.+11 more|arXiv (Cornell University)|Mar 12, 2019

Iron-based superconductors research被引用 30

一句话总结

本研究利用高压μ子自旋旋转（µSR）测量了2H-NbSe2的磁通穿透深度λ(T)，揭示了在2.1 GPa以内，超流密度（ns/m*）与Tc呈线性标度关系。这种通常与非传统超导性相关的线性关系在电荷密度波（CDW）序被最小程度抑制的情况下依然存在，表明这种过渡金属二硫属化合物中存在本征的非传统配对，且超导能隙对CDW序不敏感。

ABSTRACT

We report on high-pressure (p_max = 2.1 GPa) muon spin rotation experiments probing the temperature-dependent magnetic penetration depth in the layered superconductor 2H-NbSe_2. Upon increasing the pressure, we observe a substantial increase of the superfluid density n_s, which we find to scale linearly with T_c. This linear scaling is considered a hallmark feature of unconventional superconductivity, especially in high-temperature cuprate superconductors. Our current results, along with our earlier findings on 1T'-MoTe_2 (Z. Guguchia et. al., Nature Communications 8, 1082 (2017)), demonstrate that this linear relation is also an intrinsic property of the superconductivity in transition metal dichalcogenides, whereas the ratio T_c/T_F is approximately a factor of 20 lower than the ratio observed in hole-doped cuprates. We, furthermore, find that the values of the superconducting gaps are insensitive to the suppression of the quasi-two-dimensional CDW state, indicating that the CDW ordering and the superconductivity in 2H-NbSe_2 are independent of each other.

研究动机与目标

• 利用μ子自旋旋转研究2H-NbSe2中超流密度的压强依赖性。
• 确定在静水压下，超流密度与Tc的线性标度关系——通常与非传统超导体相关——是否依然存在。
• 评估在压强作用下，2H-NbSe2中超导性与电荷密度波（CDW）序之间的相互作用。
• 检验在压强诱导的电子态变化下，超导能隙结构是否保持各向同性且不变。

提出的方法

• 在立方顶砧装置中对2H-NbSe2进行高达2.1 GPa的高压µSR实验。
• 在多个压强下测量Tc以上和以下的横向场（TF）µSR时间谱，以提取μ子自旋退极化率σsc。
• 利用σsc通过σsc ∝ λ−4关系确定磁通穿透深度λ(T)，并将其与超流密度ns/m* ∝ λ−2关联。
• 将λ(T)数据拟合至α模型，以分析超导能隙对称性及温度依赖性。
• 比较Tc与TCDW的压强演化，评估CDW抑制对超导性的影响。
• 分析σsc的温度依赖性，以确认各向同性的s波配对及低温下能隙的饱和行为。

实验结果

研究问题

• RQ1 在静水压下，2H-NbSe2中的超流密度是否如在铜氧化物和铁基超导体中所见的那样，与Tc呈线性标度？
• RQ2 尽管CDW态被抑制，2H-NbSe2中ns/m*与Tc的线性标度关系是否仍然保持？
• RQ3 2H-NbSe2中的超导能隙是否对准二维CDW序的抑制敏感？
• RQ4 在压强作用下，2H-NbSe2中超导能隙的各向同性是否保持不变，表明其具有稳健的s波配对？

主要发现

• 从常压到2.2 GPa，超流密度ns/m*增加了约30%，且能隙对称性无显著变化。
• 在整个压强范围（0–2.2 GPa）内均观察到ns/m*与Tc的线性标度关系，证实了非传统超导性的标志性特征。
• 超导能隙保持各向同性且在低温下趋于饱和，表明为无节点的s波配对。
• CDW转变温度TCDW随压强显著降低，但超导能隙和Tc仅出现微小增加（∆Tc < 1 K），表明CDW与超导性之间耦合较弱。
• 超导能隙对CDW抑制不敏感，表明在2H-NbSe2中，超导性与CDW序可独立调控。
• 2H-NbSe2中ns/m*与Tc的线性标度关系，结合先前在1T’-MoTe2中的发现，表明该行为是过渡金属二硫属化合物超导体的普遍特征。