[论文解读] Strong Coupling Superconductivity in Iron-Chalcogenide FeTe$_{0.55}$Se$_{0.45}$

W. K. Park, C. R. Hunt+7 more|arXiv (Cornell University)|May 3, 2010

Iron-based superconductors research被引用 4

一句话总结

本研究采用点接触Andreev反射光谱法研究FeTe₀.₅₅Se₀.₄₅中的超导性，发现在1.7 K时存在一个3.8 meV的单一s波超导能隙，表明为强耦合超导。在Tc以上（高达18–20 K）存在一个持续的电导峰，归因于强反铁磁自旋涨落引起的新型准粒子散射，而非超导性或预形成的库珀对。

ABSTRACT

The superconducting order parameter in the iron-chalcogenide superconductor FeTe$_{0.55}$Se$_{0.45}$ ($T_ extrm{c}$ = 14.2 K) is investigated by point-contact Andreev reflection spectroscopy. The energy gap magnitude (3.8 meV at 1.70 K) and temperature dependence as extracted from the Andreev conductance spectra reveal strong-coupling superconductivity and is consistent with $s$-wave order parameter symmetry. No clear evidence for multiple order parameters or interference from multiple bands is observed. A conductance enhancement persists above $T_ extrm{c}$ to $\sim 18-20$ K and possible origins, including novel quasiparticle scattering due to strong antiferromagnetic spin fluctuations, are discussed.

研究动机与目标

• 研究铁硒族超导体FeTe₀.₅₅Se₀.₄₅中的超导序参量对称性和能隙结构。
• 确定是否存在多个能带或序参量对超导态有贡献。
• 确定在Andreev谱中观测到的Tc以上持续电导增强的起源。
• 排除局域超导性或预形成的库珀对作为异常正常态电导的来源。

提出的方法

• 采用自制的差分测微仪装置，使用经电化学抛光的金针尖在新鲜解理的(001)取向FeTe₀.₅₅Se₀.₄₅单晶上进行点接触Andreev反射光谱测量。
• 通过标准四探针锁相技术测量微分电导(dI/dV)，温度范围为1.7 K至Tc以上(14.2 K)。
• 利用Blonder-Tinkham-Klapwijk (BTK) 模型分析电导谱，以提取超导能隙Δ。
• 测量电导的磁场依赖性，以检验Tc以上过剩电导是否被抑制，并将Hc2值与文献值进行比较。
• 通过改变多个结和晶体样品的结电阻(RJ)，评估结果的可重复性，并分析其与正常态电导峰起始温度的相关性。
• 将电导数据相对于正常态进行归一化，以分离出过剩电导，但由于存在并联导电通道的复杂性，完整分析被推迟。

实验结果

研究问题

• RQ1 FeTe₀.₅₅Se₀.₄₅是否表现出多个超导能隙或来自多个费米面片的干涉？
• RQ2 在Tc以上观测到的电导增强是否源于局域超导性或体相性质？
• RQ3 在正常态中观测到的持续电导峰（高达18–20 K）的起源是什么？
• RQ4 过剩电导是否与结电阻或磁场相关，其机制意味着什么？
• RQ5 正常态电导峰是否可能由预形成的库珀对或自旋涨落诱导的准粒子散射引起？

主要发现

• 在1.7 K时测得的超导能隙Δ为3.8 meV，表明为强耦合超导。
• 能隙的温度依赖性与s波对称性一致，未发现多能隙或能带干涉的证据。
• 电导增强在Tc以上持续至18–20 K，且与结电阻或磁场无强相关性。
• 磁场测量显示电导峰在高达9 T时仍存在，超过类似铁硒族材料的预期Hc2值(8–8.5 T)，排除了局域超导性的可能性。
• 该持续电导峰不太可能源于预形成的库珀对，因为在其他体系中尚未报告过类似AR特征。
• 作者提出，Tc以上强反铁磁自旋涨落可能诱导一种新型准粒子散射过程（类似于Q反射），可解释异常的正常态电导。