[论文解读] Type-I superconductivity in single-crystal Pb2Pd

Arushi, Kapil Motla+7 more|arXiv (Cornell University)|May 13, 2021

Topological Materials and Phenomena参考文献 46被引用 2

一句话总结

本研究基于磁化率、交流输运、横向场μ子自旋旋转（TF-μSR）和比热测量，确定Pb₂Pd为一种类型-I超导体，其转变温度为3.0 ± 0.1 K。各向同性的BCS型能隙、比热跳变以及金兹堡-朗道参数（κ < 1/√2）证实了该单晶材料中存在中等耦合的类型-I超导性。

ABSTRACT

We have investigated the superconducting properties in a single crystal of a new superconductor Pb$_{2}$Pd via various techniques including magnetization, AC transport, transverse field muon spin rotation and relaxation (TF-$\mu$SR), and heat capacity. Pb$_{2}$Pd crystallizes in a body-centred tetragonal structure with space group I4/$mcm$. All measurements confirm the superconducting transition temperature, T$_{C}$ = 3.0 $\pm$ 0.1 K. Electronic specific heat data are well described by the BCS fitting, suggesting that Pb$_{2}$Pd opens an isotropic gap on entering the superconducting state. The specific heat jump and $\lambda_{e-ph}$ value categorize Pb$_{2}$Pd as a moderately coupled superconductor. Magnetization and transverse field muon spin rotation measurements along with Ginzburg-Landau parameter, $\kappa$ < 1/$\sqrt{2}$ strongly infers that Pb$_{2}$Pd is a type I superconductor.

研究动机与目标

• 使用多种实验技术确定单晶Pb₂Pd的超导转变温度（Tc）。
• 通过电子比热测量研究Pb₂Pd中超导能隙的性质。
• 基于金兹堡-朗道参数和μ子自旋旋转数据，将Pb₂Pd分类为类型-I或类型-II超导体。
• 通过比热跳变和BCS拟合评估电子-声子耦合强度。

提出的方法

• 通过磁化率测量探测体材料的超导转变和迈斯纳效应。
• 通过交流输运测量确认超导转变并检测零电阻的陡峭起始。
• 通过横向场μ子自旋旋转（TF-μSR）探测磁穿透深度和局域磁场分布。
• 通过比热测量提取电子比热，并分析Tc处的比热跳变。
• 对电子比热数据进行BCS拟合，以确定超导能隙和耦合强度。
• 通过上临界磁场和相干长度估计值计算金兹堡-朗道参数（κ），以分类超导类型。

实验结果

研究问题

• RQ1 单晶Pb₂Pd的超导转变温度Tc是多少？
• RQ2 Pb₂Pd是否表现出由电子比热指示的各向同性超导能隙？
• RQ3 基于金兹堡-朗道参数和μ子自旋旋转数据，Pb₂Pd是类型-I还是类型-II超导体？
• RQ4 通过比热跳变和BCS拟合，Pb₂Pd中的电子-声子耦合强度如何？
• RQ5 Pb₂Pd中的磁穿透深度和局域磁场分布如何支持其被归类为类型强超导体？

主要发现

• Pb₂Pd的超导转变温度Tc为3.0 ± 0.1 K，由磁化率、交流输运和比热测量共同确认。
• 电子比热数据可被BCS理论良好描述，表明超导态中存在各向同性超导能隙。
• Tc处的比热跳变及推导出的电子-声子耦合常数λₑₚₕ表明Pb₂Pd为中等耦合超导体。
• 金兹堡-朗道参数κ小于1/√2，这是类型-I超导性的定义标准。
• 横向场μ子自旋旋转（TF-μSR）测量显示磁穿透均匀，与类型-I行为一致。
• 磁化率和TF-μSR数据共同支持Pb₂Pd为类型强超导体，在外加磁场下不出现涡旋态。