[论文解读] Multiband Superconductivity in the time reversal symmetry broken superconductor Re6Zr

Pradnya Parab, D. Singh+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 20, 2017

Rare-earth and actinide compounds被引用 3

一句话总结

本研究对高质量 Re6Zr 单晶进行了点接触 Andreev 反射（PCAR）测量，揭示了两个不同的超导能隙（Δ₁ ≈ 0.79 meV 和 Δ₂ ≈ 0.22 meV），表明存在多带超导性。结合先前μ子自旋松弛测量所揭示的时间反演对称性破缺证据，结果表明该体系可能处于非传统超导态，极有可能是时间反演对称性破缺的多带单重态配对，或以带间配对为主的三重态配对态。

ABSTRACT

We report point contact Andreev Reflection (PCAR) measurements on a high-quality single crystal of the non-centrosymmetric superconductor Re6Zr. We observe that the PCAR spectra can be fitted by taking two isotropic superconducting gaps with Delta_1 ~ 0.79 meV and Delta_2 ~ 0.22 meV respectively, suggesting that there are at least two bands which contribute to superconductivity. Combined with the observation of time reversal symmetry breaking at the superconducting transition from muon spin relaxation measurements (Phys. Rev. Lett. 112, 107002 (2014)), our results imply an unconventional superconducting order in this compound: A multiband singlet state that breaks time reversal symmetry or a triplet state dominated by interband pairing.

研究动机与目标

• 研究 Re6Zr 中的超导配对对称性，该材料是一种已知会破坏时间反演对称性（TRSB）的非中心对称超导体。
• 通过直接的谱学测量，确定多个电子能带是否在 Re6Zr 的超导性中起贡献作用。
• 通过识别超导能隙的数量和大小，明确超导序参量的本质。
• 将观测到的时间反演对称性破缺与多带超导态相协调，区分单重态与三重态配对机制的可能性。

提出的方法

• 在高质量 Re6Zr 单晶上进行点接触 Andreev 反射（PCAR）光谱测量，以探测超导能隙附近局部态密度。
• 采用具有两个各向同性超导能隙的双能隙模型对测得的 PCAR 光谱进行拟合。
• 拟合过程假设两个能带均具有 s 波配对对称性，与各向同性能隙行为一致。
• 结合先前通过μ子自旋松弛（μSR）测量所证实的时间反演对称性破缺结果，对结果进行解释。
• 分析重点在于区分多带单重态配对中时间反演对称性破缺与带间三重态配对作为非传统超导态起源的可能性。

实验结果

研究问题

• RQ1 Re6Zr 是否表现出多带超导性，如多个超导能隙所指示的那样？
• RQ2 在时间反演对称性破缺的背景下，Re6Zr 中的配对对称性及超导序参量的本质是什么？
• RQ3 观测到的时间反演对称性破缺能否被多带单重态配对态或三重态配对态一致地解释？
• RQ4 两个不同的超导能隙（Δ₁ ≈ 0.79 meV 和 Δ₂ ≈ 0.22 meV）与 Re6Zr 中的电子能带有何关系？

主要发现

• 在 Re6Zr 中识别出两个各向同性超导能隙：Δ₁ ≈ 0.79 meV 和 Δ₂ ≈ 0.22 meV，表明至少有两个电子能带参与超导性。
• 两个明显不同的能隙强烈支持 Re6Zr 中存在多带超导态。
• 观测到的多带超导性与时间反演对称性破缺一致，后者先前已由μ子自旋松弛（μSR）测量所证实。
• 数据表明存在非传统超导态，可能为时间反演对称性破缺的多带单重态配对，或以带间配对为主的三重态配对态。
• PCAR 光谱中未观测到能隙各向异性，支持两个能带中均为各向同性的 s 波配对。