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日本首都大学东京与日本东北大学发现层状铋硫族化合物超导体的独特各向异性

2019年03月07日 化学材料
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日本首都大学东京与日本东北大学组成的研究小组利用铋硫族化合物基(BiCh2基)层状超导体的单晶,评测了其在强磁场中的超导特性,发现晶体结构的旋转对称性被破坏,显示出独特的各向异性。

BiCh2基层状超导体是2012年发现的新型层状超导体,会通过非常规机制显示超导性。此次研究采用的LaO0.5F0.5BiSSe单晶为四方晶结构,拥有4重旋转对称性,但在超导状态下测量磁阻率时,只观测到晶体的双重旋转对称性,另两重旋转对称性被破坏。在超导状态下破坏晶体旋转对称性的特征,与铁基超导体和拓扑超导体等提出的向列超导状态的特征相同,BiCh2基超导体与向列超导状态可能具有相关性。

日本首都大学东京与日本东北大学发现层状铋硫族化合物超导体的独特各向异性

图1:BiCh2超导体的晶体结构与超导状态的各向异性
(a) 四方晶结构的晶体结构(BiCh传导面)的4重旋转对称性。
(b) 根据在强磁场中测量电阻率的结果得到的超导状态下的各向异性(表示上部临界磁场的强弱)。

研究采用BiCh2基超导体中能获得最优质超导样品的LaO0.5F0.5BiSSe(S和Se各占Ch位点的一半)的单晶样品实施。利用超导磁铁和双轴旋转探针,一边使单晶沿双轴旋转一边测量强磁场中的电阻率,由此测量了超导特性的各向异性。

根据单晶结构解析和低温粉末X射线衍射的结果可确认,LaO0.5F0.5BiSSe具有四方晶结构。在四方晶结构中,传导层内的BiCh面(显示超导状态的面)具有4重旋转对称性(图 1.(a))。因此预测超导特性也会显示4重旋转对称的各向异性。但使磁场在BiCh面内旋转时,强磁场中的电阻率显示出了双重旋转对称性。根据这个测量结果,可以推测超导状态下的上部临界磁场的面内各向异性,因此可以认为是上部临界磁场破坏了晶体的旋转对称性,从而显示出双重旋转对称性(图1.( b))。

此次在超导状态下获得的LaO0.5F0.5BiSSe的独特各向异性可能与向列超导有关。

文 JST客观日本编辑部

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