[论文解读] Strong Electronic Interaction and Signatures of Nodal Superconductivity in Zr$_5$Pt$_3$C$_x$

S. T. Renosto, R. Lang+6 more|arXiv (Cornell University)|Sep 13, 2018

Nuclear Materials and Properties被引用 4

一句话总结

本研究调查了Zr₅Pt₃Cₓ，发现其在约7 K时表现出体超导性，具有强电子-电子相互作用，并显示出非传统节点超导性的特征。X射线光电子能谱和DFT/PWLO计算证实了具有高态密度的复杂费米面，而温度依赖的穿透深度和电子比热偏离了BCS s波期望，表明存在节点配对。

ABSTRACT

The physical properties of the Zr$_5$Pt$_3$ compound with interstitial carbon in hexagonal D8$_8$-structure was investigated. A set of macroscopic measurements reveal a bulk superconducting at approximately 7 K for Zr$_5$Pt$_3$C$_{0.3}$ close to Zr$_5$Pt$_3$, also with a correlate anomalous resistivity behavior. However, both the signatures of strong electron-electron interaction, and the electronic contribution to specific heat, increase dramatically with the C doping. For the first time the x-ray photoelectron spectra compared with DFT/PWLO calculations of electronic structure show a complex Fermi surface with high density of states for Zr$_5$Pt$_3$. Also results show the signature of unconventional superconductivity. Indeed, was observed an unusual behavior for lower and upper critical field diagrams of Zr$_5$Pt$_3$C$_{0.3}$. The temperature dependence of penetration length and electronic contribution to specific heat suggests that electronic pairing deviates of $s$-wave the BCS scenario.

研究动机与目标

• 理解Zr₅Pt₃Cₓ在间隙碳掺杂下的电子和超导性质。
• 研究强电子-电子相互作用在调控超导行为中的作用。
• 确定Zr₅Pt₃C₀.₃中的超导态是否为常规或非传统超导态。
• 将XPS和DFT计算得到的电子结构与宏观超导特征相关联。
• 通过临界场和比热测量评估超导能隙的性质。

提出的方法

• 进行电阻率、比热和磁化率等宏观测量，以探测超导转变。
• 开展X射线光电子能谱（XPS）以研究电子结构和价态。
• 采用平面波基组的密度泛函理论（DFT/PWLO）计算电子结构和费米面拓扑。
• 分析温度依赖的穿透深度，以推断超导能隙对称性。
• 测量上临界场和下临界场，以评估吉纳斯特拉-朗道参数和配对机制。
• 将电子比热数据与BCS预测进行比较，以检测偏离，从而揭示非传统配对。

实验结果

研究问题

• RQ1 Zr₅Pt₃中的碳掺杂是否诱导体超导性，其临界温度是多少？
• RQ2 强电子-电子相互作用在调控Zr₅Pt₃Cₓ超导性质方面起什么作用？
• RQ3 所观测到的超导特征是否与常规s波配对一致，还是与非传统节点配对一致？
• RQ4 电子结构，特别是费米能级附近的态密度，如何与超导行为相关联？
• RQ5 临界场和穿透深度数据揭示了超导能隙对称性的哪些信息？

主要发现

• Zr₅Pt₃C₀.₃在约7 K时表现出体超导性，电阻率和磁化率测量结果已证实。
• 随着碳掺杂，比热的电子贡献显著增加，表明存在强电子-电子相互作用。
• XPS和DFT/PWLO计算揭示了具有高费米能级附近态密度的复杂费米面。
• 温度依赖的穿透深度和比热数据偏离BCS s波期望，表明存在节点超导性。
• 下临界场和上临界场图中的异常行为进一步支持非传统配对对称性。
• 宏观与光谱证据的综合分析表明，该体系为具有节点能隙结构的非传统超导态。