[论文解读] Nodal gap structure of BaFe_2(As_{1-x}P_x)_2 determined by the angle resolved thermal conductivity

Minoru Yamashita, Y. Senshu+9 more|arXiv (Cornell University)|Mar 4, 2011

Iron-based superconductors research被引用 1

一句话总结

本研究通过在基平面内旋转磁场的角分辨热导率测量，确定了铁砷化物超导体BaFe₂(As₀.₆₇P₀.₃₃)₂的节点隙结构。热导率呈现四重振荡，极小值出现在相对于四角a轴±45°方向，表明节点沿Fe-Fe键方向排列，且数据最支持电子费米面上高费米速度区域的闭合节点环。

ABSTRACT

We investigated the structure of the superconducting order parameter in the iron-pnictide superconductor BaFe_2(As_{0.67}P_{0.33})_2 (T_c=31 K) with line nodes by the angle-resolved thermal conductivity measurements in magnetic field rotated within the basal plane of the crystal. We find that the thermal conductivity displays distinct fourfold oscillations with minima when the field is directed at +-45 deg with respect to the tetragonal a axis, namely the Fe-Fe bond direction. We discuss possible gap structures that can account for the data in the context of recent theoretical work, and conclude that the observed results are most consistent with the closed nodal loops located at the flat parts of the electron Fermi surface with high Fermi velocity.

研究动机与目标

• 确定具有线节点的铁砷化物超导体BaFe₂(As₀.₆₇P₀.₃₃)₂的超导隙节点结构。
• 研究超导序参量如何随基平面内磁场取向的变化而变化。
• 通过将热导率的角依赖性与理论模型关联，识别出承载节点的费米面区域。
• 基于实验测得的角各向异性，确定间隙结构的性质——特别是节点是开放还是闭合的。

提出的方法

• 在四角晶系结构的基平面内旋转磁场，进行了角分辨热导率测量。
• 测量了热导率随磁场相对于晶格a轴取向的变化，以检测角各向异性。
• 分析了热导率中的四重振荡模式，以推断超导隙中节点的对称性与位置。
• 将观测到的角依赖性与各种间隙对称性的理论预测进行比较，特别关注电子费米面片上的节点结构。
• 强调费米速度在决定不同磁场角度下热导率响应大小中的作用。
• 利用理论模型评估数据是否与开放或闭合节点轮廓一致，特别是在费米面平坦区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 当磁场在基平面内旋转时，BaFe₂(As₀.₆₇P₀.₃₃)₂的热导率具有怎样的角依赖性？
• RQ2 观测到的热导率角各向异性是否表明存在线节点？若存在，其空间取向如何？
• RQ3 哪些费米面片承载节点？其费米速度如何影响热响应？
• RQ4 节点结构最宜用开放还是闭合环描述？这与观测到的四重对称性有何关联？
• RQ5 实验结果与铁基超导体中各种间隙对称性的理论预测相比如何？

主要发现

• 当磁场在基平面内旋转时，热导率表现出明显的四重振荡。
• 当磁场方向相对于四角a轴为±45°时，热导率出现极小值，对应于Fe-Fe键方向。
• 观测到的角依赖性与沿高对称方向的简单线节点不一致，反而指向更复杂的节点结构。
• 数据最支持电子费米面平坦区域中具有高费米速度的闭合节点环。
• 角各向异性的强烈特征表明，超导隙节点并非位于布里渊区中心，而是位于费米速度增强的费米面片上。
• 结果支持一种节点结构，即节点在特定费米面片上空间局域化，而非均匀分布。