[论文解读] Nodal Superconductivity with Multiple Gaps in SmFeAsO$_{0.9}$F$_{0.1}$

Yong-Lei Wang, Lei Shan+4 more|ArXiv.org|Jun 12, 2008

Iron-based superconductors research参考文献 32被引用 40

一句话总结

本研究利用点接触谱学技术，在钐铁砷氧氟铁基高温超导体 SmFeAsO₀.₉F₀.₁ 中证实了具有两个不同能隙的节点型超导态。观测到的零偏压电导峰以及与 BCS 理论相符的温度依赖性能隙，为具有多重能隙的非传统配对提供了有力证据，解决了相关化合物中关于能隙结构的相互矛盾的报告。

ABSTRACT

We report the observation of two gaps in the superconductor SmFeAsO$_{0.9}$F$_{0.1}$ (F-SmFeAsO) with $T_c=51.5K$ as measured by point-contact spectroscopy. Both gaps decrease with temperature and vanish at $T_c$ and the temperature dependence of the gaps are described by the theoretical prediction of the Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) theory. A zero-bias conductance peak (ZBCP) was observed, indicating the presence of Andreev bound states at the surface of F-SmFeAsO. Our results strongly suggest an unconventional nodal superconductivity with multiple gaps in F-SmFeAsO.

研究动机与目标

• 研究高质量 SmFeAsO₀.₉F₀.₁ 单晶中的超导能隙结构与配对对称性。
• 解决关于铁基超导体中是否存在多重能隙或各向同性 s 波能隙的相互矛盾报告。
• 利用高分辨率谱学技术确定 SmFeAsO₀.₉F₀.₁ 中是否存在具有多重能隙的节点型超导态。
• 将观测到的能隙特征与 BCS 理论及非传统配对的理论预测进行关联。
• 将结果与其他铁基超导体进行比较，并评估样品质量对能隙测量的影响。

提出的方法

• 采用铂铱或金针尖对高压合成的抛光高质量 SmFeAsO₀.₉F₀.₁ 单晶进行点接触谱学测量。
• 利用四端锁相技术测量电导-电压（G-V）特性，以最小化噪声和加热效应。
• 采用两次连续测量循环以验证无热滞后现象，并确保结果的可重复性。
• 使用扩展的 BTK 模型对数据进行拟合，分别将大能隙和小能隙的配对对称性设为 s 波和 dx²−y² 波。
• 基于 Dagan 等人提出的方法，采用磁场减去背景的方法，从具有复杂背景的谱图中估算能隙值。
• 进行温度依赖性测量，分析能隙随温度趋近 Tc 时的演化行为，并与 BCS 理论预测进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 SmFeAsO₀.₉F₀.₁ 是否表现出多重超导能隙？若存在，其能量尺度为何？
• RQ2 所观测到的零偏压电导峰（ZBCP）是否表明存在具有表面 Andreev 界态的节点型超导态？
• RQ3 两个能隙的温度依赖性与 BCS 理论预测相比如何？
• RQ4 该铁基超导体中超导态的配对对称性为何？
• RQ5 样品质量——特别是高压合成——如何影响能隙测量的清晰度与可靠性？

主要发现

• 在多个点接触结中观测到清晰的零偏压电导峰（ZBCP），表明存在表面 Andreev 界态，支持节点型超导态的存在。
• 识别出两个明显的超导能隙：11 meV（大能隙）和 4.5 meV（小能隙），二者在 Tc = 51.5 K 时均平滑地减小至零。
• 两个能隙的温度依赖性与 BCS 理论预测高度一致，证实了其超导起源。
• 能隙值（11 meV 和 4.5 meV）在不同测量位置间保持一致，表明其具有可重复性和本征性。
• 高压合成的 SmFeAsO₀.₉F₀.₁ 样品具有高质、致密且刚性结构，有效抑制了非本征接触和背景噪声，实现了清晰的能隙分辨。
• 结果与近期针对类似样品的扫描隧道显微谱学研究高度一致，进一步验证了本研究结果的有效性。