DOI: https://doi.org/10.1038/s41563-023-01766-z
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38182811
تاريخ النشر: 2024-01-05
المؤلف: Bing Cheng وآخرون
الموضوع الرئيسي: فيزياء الموصلية الفائقة والمغناطيسية
نظرة عامة
في هذا القسم، يناقش المؤلفون أهمية اكتشاف الموصلية الفائقة في النيكلات ذات الطبقات اللانهائية، ويضعونها كفئة جديدة من الموصلات الفائقة غير التقليدية على غرار الكوبريتات. على الرغم من هذا التقدم، لا تزال هناك أسئلة حاسمة تتعلق بتناظر اقتران الموصلية الفائقة، وسعة الفجوة، وتقلبات الموصلية الفائقة دون حل. للتحقيق في هذه القضايا، يستخدم المؤلفون تقنيات الطيف الكهرومغناطيسي الثابت والسريع للغاية. تشير نتائجهم إلى أن قياسات التيراهيرتز في حالة التوازن توفر رؤى قيمة حول الآليات الأساسية للموصلية الفائقة في هذه المواد.
نقاش
في هذا القسم، يناقش المؤلفون الديناميكا الكهرومغناطيسية لتيراهيرتز لأفلام النيكلات، مع التركيز بشكل خاص على الانتقال من الحالات العادية إلى الحالات الموصلية الفائقة عبر درجة الحرارة الحرجة ($T_c$). يظهر الجزء الحقيقي من موصلية تيراهيرتز، $\sigma_1(\omega)$، ذروة شبيهة بدروود في الحالة العادية، بينما يظهر الجزء التخيلي، $\sigma_2(\omega)$، زيادة تعتمد على التردد تشير إلى سلوك معدني. مع اقتراب درجة الحرارة من $T_c$، يحتفظ $\sigma_1(\omega)$ بشكله الشبيه بدروود ولكنه يفقد الوزن الطيفي، مما يعكس تشكيل فجوة موصلية فائقة. من الجدير بالذكر أن غياب فجوة إثارة موجة s التقليدية ووجود ذروة درود المتبقية في $\sigma_1(\omega)$ تشير إلى سيناريو موصلية فائقة من نوع d-wave، مما يتماشى مع السلوكيات التي لوحظت في الموصلات الفائقة من نوع الكوبريتات.
تظهر التحقيقات الإضافية باستخدام طيفية تيراهيرتز السريعة للغاية أن المكثف الموصل الفائق والجزئيات الكوانتية غير المكثفة تستجيب بشكل مميز لضخ الضوء. تشير النتائج إلى تباين سلبي في $\Delta\sigma_2(\omega)$ وذروة شبيهة بدروود إيجابية في $\Delta\sigma_1(\omega)$، مما يعزز فرضية d-wave. يستخرج المؤلفون سعة فجوة d-wave تبلغ حوالي $1.2 \, \text{THz}$، متوافقة مع الموصلية الفائقة في حدود القذارة. بالإضافة إلى ذلك، تحدد الدراسة تقلبات موصلية فائقة قصيرة المدى في فيلم النيكلات، والتي تكون أضعف مقارنة بتلك الموجودة في الكوبريتات المثقوبة بشكل مثالي. بشكل عام، توفر هذه النتائج أدلة قوية على الموصلية الفائقة من نوع d-wave في النيكلات وتبرز الحاجة إلى مزيد من الاستكشاف باستخدام تقنيات متقدمة لفهم الآليات الأساسية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41563-023-01766-z
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38182811
Publication Date: 2024-01-05
Author(s): Bing Cheng et al.
Primary Topic: Physics of Superconductivity and Magnetism
Overview
In this section, the authors discuss the significance of discovering superconductivity in infinite-layer nickelates, positioning them as a new class of unconventional superconductors akin to cuprates. Despite this advancement, critical questions regarding the superconducting pairing symmetry, gap amplitude, and superconducting fluctuations remain unresolved. To investigate these issues, the authors employ both static and ultrafast terahertz spectroscopy techniques. Their findings indicate that equilibrium terahertz measurements provide valuable insights into the underlying mechanisms of superconductivity in these materials.
Discussion
In this section, the authors discuss the THz electrodynamics of nickelate films, particularly focusing on the transition from normal to superconducting states across the critical temperature ($T_c$). The real part of the THz conductivity, $\sigma_1(\omega)$, exhibits a Drude-like peak in the normal state, while the imaginary part, $\sigma_2(\omega)$, shows a frequency-dependent increase indicative of metallic behavior. As the temperature approaches $T_c$, $\sigma_1(\omega)$ retains its Drude-like shape but loses spectral weight, reflecting the formation of a superconducting gap. Notably, the absence of a conventional s-wave excitation gap and the presence of a residual Drude peak in $\sigma_1(\omega)$ suggest a d-wave superconducting scenario, aligning with behaviors observed in cuprate superconductors.
Further investigations using ultrafast THz spectroscopy reveal that the superconducting condensate and uncondensed quasiparticles respond distinctly to optical pumping. The results indicate a negative divergence in $\Delta\sigma_2(\omega)$ and a positive Drude-like peak in $\Delta\sigma_1(\omega)$, reinforcing the d-wave hypothesis. The authors extract a d-wave gap amplitude of approximately $1.2 \, \text{THz}$, consistent with dirty-limit superconductivity. Additionally, the study identifies short-range superconducting fluctuations in the nickelate film, which are weaker compared to those in optimally hole-doped cuprates. Overall, these findings provide compelling evidence for d-wave superconductivity in nickelates and highlight the need for further exploration using advanced techniques to understand the underlying mechanisms.