A busca por correntes espontâneas de borda em estruturas mesa Sr2RuO4 com formas geométricas controladas

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 12652 (2023) Citar este artigo

93 Acessos

Detalhes das métricas

A microscopia de varredura Hall tem sido usada para procurar campos de borda espontâneos em estruturas de mesa de formato geométrico gravadas na superfície ab de monocristais Sr2RuO4, a fim de testar teorias recentes da direção do fluxo de corrente de borda em função da orientação da faceta e do preenchimento da banda. Não encontramos nenhuma evidência de campos de borda espontâneos em qualquer uma de nossas estruturas de mesa acima do nosso piso de ruído experimental de ± 25 mG. Observamos, no entanto, agrupamento pronunciado de vórtices em campos e temperaturas baixas, consistente com o cenário semi-Meissner estabelecido, em que surge um componente atraente de longo alcance para a interação vórtice-vórtice devido, por exemplo, à natureza multibanda da supercondutividade. Também vemos evidências claras da formação de uma rede de vórtices quadrada dentro de estruturas quadradas de mesa acima de 1,3 K. Nossos resultados são discutidos em termos de resultados experimentais relevantes recentes e previsões teóricas.

Logo após a primeira descoberta de supercondutividade em Sr2RuO4 em 19941,2 ele foi identificado como um forte candidato potencial para supercondutividade spin-tripleto não convencional. A evidência experimental para isso veio das primeiras medições de deslocamento de Knight de RMN sob campos magnéticos no plano, indicando que o deslocamento permanece inalterado à medida que a temperatura é reduzida para o estado supercondutor3. Além disso, medições de rotação de spin de múon (µSR)4 e Kerr polar5 mostraram evidências de quebra de simetria de reversão de tempo (TRSB), identificando um parâmetro de ordem de onda p quiral de dois componentes \(\hat{\user2{d}} = \Delta_ {0} \left( {{\varvec{k}}_{{\varvec{x}}} \pm {\varvec{ik}}_{{\varvec{y}}} } \right)\hat{ \user2{z}}\) como provável candidato. No entanto, esta descrição parecia estar em conflito com evidências experimentais de condutividade térmica e medições de calor específico, sugerindo uma estrutura de lacuna nodal, enquanto as medições de deformação uniaxial não revelaram a transição supercondutora dividida esperada para um estado de onda p quiral. As medições originais do deslocamento de Knight foram recentemente revisadas, tomando cuidado para evitar o aquecimento da amostra devido a pulsos de radiofrequência de alta amplitude e mostraram de fato uma redução no deslocamento de Knight abaixo da temperatura crítica . Juntamente com as medições subsequentes do deslocamento Knight de 17O NMR em Sr2RuO411, estas parecem excluir todos os estados de parâmetros de ordem de paridade ímpar, independentemente da orientação do vetor \(\hat{d}\). Mais recentemente, experimentos de ultrassom realizados por Ghosh et al.12 e Benhabib et al.13 forneceram evidências termodinâmicas de que Sr2RuO4 exibe um parâmetro de ordem de dois componentes. Tomando a observação do TRSB ou dos nós de lacuna como informações adicionais importantes, esses autores propõem parâmetros de quebra de reversão de tempo ou de ordem invariante de reversão de tempo, respectivamente. Claramente, a nossa compreensão da supercondutividade neste material notável ainda está longe de ser completa e são necessárias mais medições experimentais para obter conhecimentos mais profundos sobre este problema.

Se Sr2RuO4 exibiu uma fase supercondutora quiral que quebra a simetria de reversão de tempo, prevê-se que hospede correntes espontâneas na superfície da amostra ou nas paredes do domínio quiral. Espera-se que essas correntes de superfície produzam campos magnéticos locais que deveriam ser detectáveis ​​com técnicas de sonda de varredura de baixa temperatura, mas todos os experimentos relatados até agora não conseguiram resolvê-los . Para resolver este problema, em particular um resultado nulo para monocristais Sr2RuO4 com pilares cilíndricos microscópicos gravados em sua superfície , Bouhon et al.18 fizeram um estudo teórico detalhado da geometria e da dependência da estrutura de banda dos estados de borda. Usando um modelo de ligação estreita de uma rede quadrada para as bandas Sr2RuO4 γ, eles resolveram a equação de Bogolyubov-de Gennes assumindo de forma autoconsistente um estado supercondutor de onda p quiral. Seus resultados revelam que a dispersão do estado das bordas depende fortemente tanto da orientação das superfícies quanto do preenchimento da banda. Em T = 0 e preenchimento de banda baixa, prevê-se que as correntes nas superfícies de cristal {1,0,0} (θ = 0°) e {1,1,0} (θ = 45°) fluam no mesmo + direção k//, enquanto no preenchimento de banda alta as correntes em {1,1,0} invertem e se propagam no sentido oposto àquelas em superfícies {1,0,0}. Para Sr2RuO4 espera-se que o preenchimento da banda seja bastante grande quando o último cenário se aplica, e os campos de borda serão afastados das paredes da superfície/domínio ao longo de um comprimento característico da profundidade de penetração de Londres. Assumindo que a densidade da corrente de borda depende aproximadamente senoidalmente do ângulo da faceta, a consequência para uma série de geometrias de amostra diferentes é esboçada na Fig. 1. Para a amostra octogonal, a direção das correntes de borda inverte em cada faceta adjacente, levando a campos de borda muito fracos. esse sinal inverso periodicamente ao redor do perímetro da estrutura, enquanto o pentágono regular ou o triângulo equilátero deveriam mostrar distribuições de campo dipolo fracas. Do ponto de vista experimental, a geometria mais interessante é a de um quadrado, espera-se que os quadrados θ = 0° e θ = 45° tenham correntes de borda se propagando em direções opostas ao redor do perímetro, enquanto um quadrado θ = 22,5° deveria quase ter densidade de corrente de borda zero na superfície. Motivados por estes resultados, relatamos aqui uma busca sistemática por correntes de borda em torno de mesas com várias formas geométricas gravadas na superfície de um único cristal Sr2RuO4 com facetas em ângulos bem definidos em relação aos eixos cristalográficos subjacentes.