[论文解读] Pronounced drop of $^{17}$O NMR Knight shift in superconducting state of Sr$_2$RuO$_4$

Andrej Pustogow, Yongkang Luo+10 more|arXiv (Cornell University)|Mar 29, 2019

Advanced Condensed Matter Physics参考文献 12被引用 108

一句话总结

本研究在单轴应力下使用17O NMR，显示 Sr2RuO4 在进入超导态时自旋极化显著下降，质疑此前无应变解释的有序参量。

ABSTRACT

The superconducting state in the quasi-two-dimensional and strongly correlated Sr$_2$RuO$_4$ is uniquely held up as a solid state analog to superfluid $^3$He-$A$, with an odd-parity order parameter that also breaks time reversal symmetry, and for which the vector order parameter has the same direction in spin space for all electron momenta. The recent discovery that uniaxial pressure causes a steep rise and maximum in transition temperature ($T_c$) in strained samples motivated the study of $^{17}$O nuclear magnetic resonance (NMR) that we describe in this article. A reduction of Knight shifts $K$ was observed for all strain values and temperatures $T

研究动机与目标

• 通过在应变条件下测试自旋敏感性，推动对Sr2RuO4 超导有序参量的探寻。
• 利用17O NMR Knight shift 在 Tc 变化的单轴应力下探测自旋极化。
• 研究应变引起的 Tc 增强是否与有序参量对称性的变化相关。
• 评估此前零应变 Knight shift 测量中的潜在伪影，并与 TRSB 观测结果协调。

提出的方法

• 沿 a 轴施加单轴应力以将 Sr2RuO4 调至 Tc 及 Tc,max ≈ 3.5 K 的范围。
• 在低场 B0 ≪ Bc2 下，对三个氧位点 O(1)、O(1′)、O(2) 执行 17O NMR 中心跃迁测量以提取 Knight shifts K。
• 将 Knight shifts 作为温度在 Tc 附近的函数进行分析，且在中心跃迁中考虑四极校正。
• 使用脉冲能量依赖和时间同步的射频测量评估可能的加热与瞬态效应对观测位移的影响。
• 将有应变结果与先前的无应变结果进行比较，以评估与提出的有序参量的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在零应变和受应变影响时，Sr2RuO4 的自旋敏感性（从 17O Knight shift 推断）在进入超导态时是否下降？
• RQ2 单轴应变（及相关 Tc 增强）如何影响 Knight shift，从而影响对超导有序参量对称性的可能性？
• RQ3 是否存在实验伪影（如脉冲加热、瞬态状态）可以使零应变 Knight shift 的结果与受应变测量相一致？
• RQ4 随应变 εaa ∈ [0, εv] 的结果是否排除了手性 p 波（z 方向 d 向量）的单一描述？

主要发现

B (T)	f_ref (MHz)	O(1) ∥	O(1′) ⟂	O(2)
0.7107	4.0980	1.0	57.5	43.0
1.1573	6.6798	0.8	36.0	26.7
1.9980	11.5323	0.5	20.4	15.6

• 在受应变时，三个 O 位点的 Knight shifts 在 Tc 以下显著下降，表明超导态中的自旋极化 Ms 减少。
• 零应变测量与先前报道不同，挑战传统的手性 p 波（垂直于平面的 d 向量）解释。
• 在零应变和在有关的 van Hove 奇点（应变下最大 Tc）下，20 mK 时自旋敏感性显著抑制，且程度取决于磁场，暗示并非所有三重态都与数据兼容。
• 较低的施加场（如 B0 ≈ 0.71 T）产生更大的 Knight shift 减少（在某些应变下约达 ~75%），这为可能的三重态状态带来更强约束。
• 时间同步的射频测量在高能脉冲后立即显示瞬态的正常态响应，表明需在解释 Knight shifts 时考虑加热效应和涡旋动力学。
• 在应变 εaa ∈ [0, εv] 的范围内，Knight shift 随应变变化平滑，没有观测到会指示单轴压力下对称性变化的一级跃迁分裂。
• 总体上，结果反对简单的垂直方向三重态（Eu，d 向量在 z 方向）并促使考虑替代的偶或奇偶宇对态，承认某些带有面内 d 向量的奇宇参态在不确定性范围内仍可能兼容。