Незвичайна надпровідність в ниткоподібних кристалах PdxBi2Se3
DOI:
https://doi.org/10.15330/pcss.24.3.558-563Ключові слова:
ниткоподібні кристали, надпровідність, вісмут селен, температура КюріАнотація
У роботі проведені дослідження температурної залежності магнітоопору ниткоподібних кристалів PdxBi2Se3 в температурній області 1.6-77К в магнітному полі до 10 Тл. Кристали вирощувалися методом хімічних транспортних реакцій в закритій бромідній системі. Температури зони джерела та кристалізації становили 1100 К та 780К, відповідно. Легування кристалів здійснювалося в процесі росту домішкою паладію до концентрацій (1 – 2) × 1019 cм−3. В низькотемпературній області, починаючи з температури 5 К і досягаючи температури 3.5 К, спостерігалося різке зменшення опору, яке пов’язано з переходом кристалів в надпровідний стан. На основі аналізу температурних залежностей опору при фіксованих магнітних полях від 0.01 до 0.5 Тл визначено температуру Кюрі Тс1=5.3 К і Тс2=3.5 К та верхнє критичне магнітне поле Вс2=1.45 Тл та 0.25 Тл, відповідно. Встановлені параметри дозволяють стверджувати, що це надпровідник ІІ-го роду з незвичайним характером надпровідності. На це вказує відношення Δ0/kBTc = 2.0, яке перевищує стандартний БКШ ліміт 1.76 і свідчить про відносно велике значення надпровідної щілини Δ0=0.8 меВ. Визначене відношення A/γ2, яке встановлює взаємозв’язок електрон-електронної та електрон-фононної взаємодії, становить 2ao, що свідчить про сильну ферміонну взаємодію в надпровіднику PdxBi2Se3, зумовлену взаємодією куперівських пар з фононами. Оцінена величина відношення температури Кюрі до ефективної температури Фермі Tc/TF2D= 0.04 також попадає в область 0.01⩽ Tc/TF ⩽ 0.1, що підтверджує незвичайний характер надпровідності у досліджуваних ниткоподібних кристалах.
Посилання
H.Yi, L.H. Hu, Y. Wang, et al. Crossover from Ising- to Rashba-type superconductivity in epitaxial Bi2Se3/monolayer NbSe2 heterostructures, Nat. Mater., 21, 1366 (2022); https://doi.org/10.1038/s41563-022-01386-z.
C Z. Chang, P.Wei, & J.S. Moodera, Breaking time reversal symmetry in topological insulators, Mrs Bulletin, 39(10), 867 (2014); https://doi.org/10.1557/mrs.2014.195.
M. Kriener, K. Segawa, Zhi Ren, S. Sasaki, Y. Ando, Bulk Superconducting Phase with a Full Energy Gap in the Doped Topological Insulator CuxBi2Se3, Phys. Rev. Lett. 106, 127004 (2011); https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.106.127004.
T. Kawai, C. Wang, Y. Kandori, Y. Honoki, K.Matano, T. Kambe, G.-Q.Zheng, Direction and symmetry transition of the vector order parameter in topological superconductors CuxBi2Se3, Nat Commun, 11(1), 1 (2020); https://doi.org/10.1038/s41467-019-14126-w.
Y.S. Hor, A.J. Williams, J.G. Checkelsky, P. Roushan, J. Seo, Q.Xu, H.W.Zandbergen, A.Yazdani, N.P. Ong, R.J. Cava, Superconductivity in CuxBi2Se3 and its implications for pairing in the undoped topological insulator. Phys Rev Lett, 104(5), 057001 (2010); https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.104.057001
K. Matano, M. Kriener, K. Segawa, Y. Ando, G.-Q. Zheng, Spin-rotation symmetry breaking in the superconducting state of CuxBi2Se3. Nat Phys 12(9), 852 (2016);
https://doi.org/10.48550/arXiv.1512.07086
Z. Liu, X. Yao, J. Shao, M. Zuo, L. Pi, S. Tan, C. Zhang, Y. Zhang, Superconductivity with Topological Surface State in SrxBi2Se3, J. Am. Chem. Soc., 137, 10512 (2015); https://doi.org/10.1021/jacs.5b06815
Z. Li, M. Wang, D. Zhang, N. Feng, W. Jiang, C. Han, W. Chen, M. Ye, C. Gao, J. Jia, et al., Possible structural origin of superconductivity in Sr-doped Bi2Se3. Phys Rev Materials, 2(1), 014201 (2018); https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.2.014201
Y. Pan, A. Nikitin, G. Araizi, Y. Huang, Y. Matsushita, T. Naka, A. De Visser, Rotational symmetry breaking in the topological superconductor SrxBi2Se3 probed by upper-critical field experiments. Sci Rep, 6(1), 1 (2016); https://doi.org 10.1038/srep28632.
Jiayuan Hu, Wenxiang Jiang, Qi Lu, Chenhang Xu, Jiangtao Wu, Jinlong Jiao, Guohua Wang, Jie Ma, Dong Qian, Manipulating the magneto-resistance of Bi2Se3 thin films by strontium doping. Journal of Applied Physics, 132 (9): 095302 (2022); https://doi.org/10.1063/5.0092075.
M. M. Sharma, P. Rani, L. Sang, X. L.Wang, & V. P. S. Awana, Superconductivity below 2.5 K in Nb0.25Bi2Se 3 topological insulator single crystal, Journal of Superconductivity and Novel Magnetism, 33, 565 (2020); https://doi.org/10.48550/arXiv.1911.08108.
B. Lawson, P. Corbae, G. Li, F. Yu, T. Asaba, C. Tinsman, Y.Qiu, J.E. Medvedeva, Y.S. Hor, L. Li, Multiple fermi surfaces in superconducting Nb-doped Bi2Se3. Phys Rev B 94(4), 041114 (2016); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.94.041114.
T. Asaba, B. Lawson, C.Tinsman, L. Chen, P. Corbae, G. Li, Y. Qiu, Y.S. Hor, L. Fu, L. Li, Rotational symmetry breaking in a trigonal superconductor Nb-doped Bi2Se3, Phys Rev X, 7(1), 011009 (2017); https://doi.org/10.1103/PhysRevX.7.011009.
K. Kobayashi, T.Ueno, H. Fujiwara, T.Yokoya, J. Akimitsu, Unusual upper critical field behavior in Nb-doped bismuth selenides, Phys Rev B, 95(18), 180503 (2017); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.95.180503.
J. Wang, F.Jiao, D. Zhang, M. Chang, L. Cai, Y. Li, C.Wang, S. Tan, Q. Jing, B. Liu, et al., Investigate the Nb doping position and its relationship with bulk topological superconductivity in NbxBi2Se3 by X-ray photoelectron spectra, J Phys Chem Solids, 137, 109208 (2020); https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2019.109208.
S.M. Kevy, H.E. Lund, L.Wollesen, K.J. Dalgaard, Y.-T. Hsu, S.Wiedmann, M. Bianchi, A.J.U. Holt, D. Curcio, D. Biswas, et al., Structural and electronic inhomogeneity of superconducting Nb-doped Bi2Se3, Phys Rev B, 103(8), 085107 (2021); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.103.085107.
Z Sharma, M., Sang, L., Rani, P., Wang, X., Awana, V. Bulk superconductivity below 6 k in PdBi2Te3 topological single crystal, J Supercond Nov Magn 1 (2020);
https://doi.org/10.48550/arXiv.1912.09647.
A. Vashist, Y. Singh, The ht and pt phase diagram of the superconducting phase in Pd: Bi2Te3, J Supercond Nov Magn 29(8), 1975–1979 (2016); https://doi.org/10.1007/s10948-016-3499-x.
N.S. Liakh-Kaguy, A.A. Druzhinin, I.P. Ostrovskii, Yu.N. Khoverko, Magnetoresistance of Bi2Se3 Whiskers at Low Temperatures, Physics and Chemistry of Solid State, 16 (2), 194, (2017); https://doi.org/10.15330/pcss.18.2.194-197.
A. Druzhinin, I. Ostrovskii, Y. Khoverko, N. Liakh-Kaguy, & V.Troshina, Magneto-transport properties of Bi2Se3 whiskers: superconductivity and weak localization, Molecular Crystals and Liquid Crystals, 701(1), 82 (2020); https://doi.org/10.1080/15421406.2020.1732565.
A.A. Druzhinin, N.S. Liakh-Kaguy, I.P. Ostrovskii, Y.M. Khoverko, & K. Rogacki, Superconductivity and Kondo effect of PdxBi2Se3 whiskers at low temperatures, Journal of Nano- and Electronic Physics, 9(5), 5013-1 (2017); https://doi.org/10.21272/jnep.9(5).05013.
P. Zareapour, A.Hayat, S. Zhao, et al., Proximity-induced high-temperature superconductivity in the topological insulators Bi2Se3 and Bi2Te3, Nat Commun , 3, 1056 (2012); https://doi.org/10.1038/ncomms2042.
L. Wray, S.Y. Xu, Y. Xia, et al. Observation of topological order in a superconducting doped topological insulator, Nature Phys., 6, 855 (2010); https://doi.org/10.1038/nphys1762
Mingtao Li, Yifei Fang, Curtis Kenney-Benson, and Lin Wang, Superconductivity and electron–phonon interaction in SrxBi2Se3 under pressure, New Journal of Physics, 23, 083011(2021); 1 https://doi.org/0.1088/1367-2630/ac14cf.
Y. Fang, W. L.You, & M. Li, Unconventional superconductivity in CuxBi2Se3 from magnetic susceptibility and electrical transport, New Journal of Physics, 22(5), 053026 (2020); https://doi.org/10.1088/1367-2630/ab7fca.
Adrian Hillier, Robert Cywinski, The classification of superconductors using muon spin rotation, Applied Magnetic Resonance, 13(1) (1997); https://doi.org/10.1007/BF03161973.
Uemura, Y. J. Classifying superconductors in a plot of Tc versus Fermi temperature TF, Physica C: Superconductivity, 185, 733 (1991); https://doi.org/10.1016/0921-4534(91)91590-Z.
J.Wang, K.Ran, S. Li, et al., Evidence for singular-phonon-induced nematic superconductivity in a topological superconductor candidate Sr0.1Bi2Se3. Nat Commun , 10, 2802 (2019); https://doi.org/10.1038/s41467-019-10942-2.
M. T. Li, Y. F. Fang, J. C. Zhang, H. M. Yi, X. J. Zhou, & C. T. Lin, Magnetotransport study of topological superconductor Cu0.10Bi2Se3 single crystal. Journal of Physics: Condensed Matter, 30(12), 125702, (2018); https://doi.org/10.1088/1361-648X/aaaca1.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
