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Band-resolved Caroli–de Gennes–Matricon states of multiple-flux-quanta vortices in a multiband superconductor

Gozlinski, Thomas 1; Li, Qili 1; Heid, Rolf 2; Nemoto, Ryohei; Willa, Roland 3; Yamada, Toyo Kazu; Schmalian, Jörg 2,3; Wulfhekel, Wulf 1,2
1 Physikalisches Institut (PHI), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für QuantenMaterialien und Technologien (IQMT), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
3 Institut für Theorie der Kondensierten Materie (TKM), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

Superconductors are of type I or II depending on whether they form an Abrikosov vortex lattice. Although bulk lead (Pb) is classified as a prototypical type-I superconductor, we show that its two-band superconductivity allows for single-flux-quantum and multiple-flux-quanta vortices in the intermediate state at millikelvin temperature. Using scanning tunneling microscopy, the winding number of individual vortices is determined from the real space wave function of its Caroli–de Gennes–Matricon bound states. This generalizes the topological index theorem put forward by Volovik for isotropic electronic states to realistic electronic structures. In addition, the bound states due to the two superconducting bands of Pb can be separately detected and the two gaps close independently inside vortices. This yields strong evidence for a low interband coupling.


Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000162439
Veröffentlicht am 22.09.2023
Originalveröffentlichung
DOI: 10.1126/sciadv.adh9163
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Cover der Publikation
Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für QuantenMaterialien und Technologien (IQMT)
Institut für Theorie der Kondensierten Materie (TKM)
Physikalisches Institut (PHI)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsdatum 08.09.2023
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 2375-2548
KITopen-ID: 1000162439
HGF-Programm 47.11.02 (POF IV, LK 01) Emergent Quantum Phenomena
Erschienen in Science Advances
Verlag American Association for the Advancement of Science (AAAS)
Band 9
Heft 36
Seiten Art.-Nr.: eadh9163
Bemerkung zur Veröffentlichung Gefördert durch den KIT-Publikationsfonds
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