Robust two-gap strong coupling superconductivity associated with low-lying phonon modes in pressurized Nb5Ir3O superconductors* (2019)

We report robust superconducting state and gap symmetry of Nb 5 Ir 3 O via electrical transport and specific heat measurements. The analysis of specific heat manifests that Nb 5 Ir 3 O is a strongly coupled superconductor with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi> <mml:mi>C</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mo stretchy="false">/</mml:mo> </mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>γ</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>T</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>∼</mml:mo> <mml:mn>1.91</mml:mn> </mml:math> and double s-wave superconducting gaps of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mn>2</mml:mn> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo> <mml:mn>0</mml:mn> <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo> <mml:mrow> <mml:mo stretchy="false">/</mml:mo> </mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>k</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>T</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>∼</mml:mo> <mml:mn>6.56</mml:mn> </mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mn>2</mml:mn> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo> <mml:mn>0</mml:mn> <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo> <mml:mrow> <mml:mo stretchy="false">/</mml:mo> </mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>k</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>T</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>∼</mml:mo> <mml:mn>2.36</mml:mn> </mml:math> accounting for 90% and 10%, respectively. The <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>C</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">p</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>γ</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mi>T</mml:mi> <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo> <mml:mrow> <mml:mo stretchy="false">/</mml:mo> </mml:mrow> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi>T</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:math> vs. T plot shows a broad peak at ∼23 K, indicating phonon softening and the appearance of low-lying phonon mode associated with the interstitial oxygen. This behavior explains the monotonic increase of T c in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>Nb</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>5</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>Ir</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mi>δ</mml:mi> <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> by strengthening the electron–phonon coupling and enlarging the density of states at Fermi level. The Hall coefficient is temperature independent below 200 K, and changes its sign from positive to negative above 250 K, suggesting that carrier is across the hole- to electron-dominant regions and the multi-band electronic structures. On warming, the resistivity shows a gradual crossover from <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi>T</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:mrow>