[论文解读] Phase-Sensitive measurements on the corner junction of iron-based superconductor BaFe1.8Co0.2As2

Yurong Zhou, Yanrong Li+7 more|ArXiv.org|Dec 17, 2008

Iron-based superconductors research被引用 5

一句话总结

本研究利用超导量子干涉器件装置，首次对铁基超导体BaFe1.8Co0.2As2的角结进行了相位敏感测量。在零磁场下呈现最大值的对称Fraunhofer衍射图样，表明a-c与b-c晶面之间无相位差，暗示配对对称性更接近s波而非铜氧化物超导体所特有的d波对称性。

ABSTRACT

We have made a phase-sensitive measurement on the corner junction of the iron-based superconductor BaFe1.8Co0.2As2, and observed the typical Fraunhofer-like diffraction pattern. The result suggests that there is no phase shift between the a-c face and b-c face of a crystal, which indicates that the superconducting wavefunction of the iron based superconductor is different from that of a cuprate superconductor.

研究动机与目标

• 确定铁基超导体中的超导波函数对称性，特别是仍在s波与d波配对模型之间存在争议的BaFe1.8Co0.2As2。
• 检验超导能隙参数在晶面之间是否表现出π相位跃迁，这是铜氧化物中d波配对的关键特征。
• 利用相位敏感角结，建立对铁基超导体中配对对称性的直接实验探测方法。
• 解决关于铁基超导体行为更类似于铜氧化物还是传统超导体的理论与实验证据之间的矛盾。

提出的方法

• 利用解理面作为天然结屏障，将单晶BaFe1.8Co0.2As2制成角结，采用40 nm Au和300 nm Pb层作为电接触。
• 使用自制的NbTi超导线圈施加-800 mG至+800 mG的磁场，测量在1.8–4.2 K下进行。
• 通过电阻性分流的I-V配置测量临界电流随磁通量的变化，利用动态电阻精确检测临界电流。
• 采用双层超导屏蔽（内层为Pb，外层为Nb）以确保磁屏蔽并最小化外部磁通干扰。
• 在多个热循环和样品中重复衍射图样，以排除磁通钉扎或实验伪影的影响。
• 将临界电流图样与理论模型进行对比：s波为Fraunhofer型（零场处最大值），d波为π相移型（零场处最小值）。

实验结果

研究问题

• RQ1 BaFe1.8Co0.2As2中的超导波函数在a-c与b-c晶面之间是否表现出类似铜氧化物超导体的π相位跃迁？
• RQ2 相位敏感角结实验能否区分铁基超导体中s波与d波配对对称性？
• RQ3 所观测到的衍射图样是否与常规s波配对或非常规d波配对一致？
• RQ4 临界电流图样中无相位跃迁是否意味着该铁基超导体中d波配对对称性被排除？

主要发现

• 角结的临界电流表现出在零磁场处具有最大值的对称Fraunhofer衍射图样，表明a-c与b-c晶面之间无相位差。
• 所观测到的衍射图样与s波配对对称性的理论预测一致，而非铜氧化物中d波对称性所预期的π相位跃迁最小值。
• 该结果在多个样品和热循环中均具可重复性，排除了磁通钉扎或实验伪影的解释。
• 临界电流在宽范围（20 μA至3 mA）内可测，且具有清晰的转变，证实了结的高质量性能。
• 数据强烈表明BaFe1.8Co0.2As2中的超导能隙参数不具有铜氧化物高温超导体所特有的d波对称性。
• 研究结果为该铁基超导体的配对对称性更符合s波而非d波配对提供了直接实验证据。