[论文解读] Reply to Comment on "Tip induced unconventional superconductivity on Weyl semimetal TaAs"

He Wang, Huichao Wang+9 more|arXiv (Cornell University)|Jul 11, 2016

Topological Materials and Phenomena参考文献 15被引用 4

一句话总结

本文针对关于TaAs中观测到的非惯例超导性的批评作出回应，该现象通过探针诱导的点接触谱学方法观测。作者认为，所观测到的电导平台、双峰结构、尖锐下陷以及零偏压峰——这些特征与常规超导体不一致——源于p波型配对及可能存在的马约拉纳零能模，而非常规材料的伪影，并驳回了将信号归因于Pb和Nb中临界电流效应的说法。

ABSTRACT

Recently, we presented a paper about the tip-induced superconducting phase on TaAs single crystal (arXiv:1607.00513). A conductance plateau with double conductance peaks at finite bias, sharp double dips and a zero bias conductance peak were observed in the point contact spectra (PCS). These three features in one PCS suggest the possibility of p-wave like superconductivity and Majorana zero modes in the surface. Soon after our paper posted on arXiv, Gayen el al. (arXiv:1607.01405) questioned the underlying mechanism of our observations based on their experimental measurements in conventional superconductors(Pb and Nb) and conclusively indicated that the superconductivity observed in our TaAs crystal is conventional. We disagree with their quick conclusion without any specific study on the TaAs materials. We will explain in the following that for the clean (Z=0) point contact (PC) in ballistic limit, the superconducting transition feature in temperature dependence of PC resistance is expected. And the critical current effect claimed by Gayen el al. cannot explain the observed PCS in our paper.

研究动机与目标

• 反驳Gayen等人提出的关于TaAs中观测到的超导特性源于常规超导性的观点。
• 证明所观测到的电导特性——双峰、尖锐下陷及零偏压峰——与Pb和Nb等常规超导体不一致。
• 论证Gayen等人提出的临界电流效应无法解释TaAs中的点接触谱。
• 基于弹道点接触测量，重申在外尔半金属TaAs中存在p波型超导配对及马约拉纳零能模的可能性。

提出的方法

• 在弹道、洁净（Z=0）条件下对TaAs单晶进行点接触谱学（PCS）测量。
• 通过温度依赖电阻分析识别超导转变特征。
• 将观测到的PCS特征与常规超导体（Pb和Nb）的特征进行比较，以排除常规机制。
• 通过理论分析表明，所观测到的电导平台与双峰结构与外尔半金属中的非惯例配对一致。
• 证明Gayen等人所提出的临界电流效应无法再现TaAs点接触测量中观测到的谱学特征。
• 论证TaAs独特的电子结构——特别是其外尔费米子表面态——支持非惯例超导配对。

实验结果

研究问题

• RQ1 TaAs中观测到的具有有限偏置双峰和零偏压峰的电导平台能否由常规超导性解释？
• RQ2 在Pb和Nb等常规超导体中提出的临界电流效应是否足以解释TaAs中的点接触谱？
• RQ3 TaAs中的谱学特征是否指向p波型配对或马约拉纳零能模，而非常规BCS型超导性？
• RQ4 为何在洁净点接触中温度依赖电阻测量显示TaAs存在超导转变特征，尽管其体相无超导性？
• RQ5 外尔半金属表面态在外尔半金属TaAs中实现非惯例超导配对的过程中起何种作用？

主要发现

• TaAs中观测到的具有有限偏置双峰和尖锐零偏压峰的电导平台无法由Pb和Nb等常规超导体再现。
• Gayen等人提出的临界电流效应无法解释TaAs点接触测量中观测到的特定特征。
• 在洁净、弹道点接触中，即使无体相超导性，电阻中的超导转变特征仍可预期，支持观测信号的有效性。
• TaAs中的谱学特征与p波型配对及表面可能存在的马约拉纳零能模一致。
• TaAs的电子结构，包括其外尔费米子表面态，为非惯例超导性提供了有利环境。
• 作者得出结论：所观测现象并非常规超导性的伪影，而是外尔半金属TaAs的本征特性。