[論文レビュー] A 57Fe Moessbauer Spectroscopy Study of the 7 K Superconductor LaFePO

Marcus Tegel, Inga Schellenberg+2 more|ArXiv.org|May 8, 2008

Iron-based superconductors research参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、7 Kの超伝導体LaFePOの電子的および磁気的性質を57Feモースバウアー分光法を用いて調査した。結果は、4 Kで1.15(1) Tの小さな転送磁気ハイパーファイン場を示すパウリ常磁性を示し、弱いスピン極化を示しており、強磁性Fe2P不純物の除去後に超伝導性が出現することから、LaFePOにおける超伝導性が本質的であることが確認された。

ABSTRACT

A polycrystalline sample of superconducting LaFePO was prepared in a tin flux at 1123 K. The structure was determined from single crystal data (ZrCuSiAs-type, P4/nmm, a = 3.9610(1), c = 8.5158(2) A, Z = 2) and the phase analysis was performed by the Rietveld method. LaFePO is Pauli-paramagnetic and becomes superconducting at 7 K after removing the ferromagnetic impurity phase Fe2P from the sample. 57Fe Moessbauer spectroscopy measurements at 298, 77, 4.2 and 4 K show single signals at isomer shifts around 0.35 mm/s, subject to weak quadrupole splitting. At 4 K, a symmetric line broadening appears, resulting from a small transferred magnetic hyperfine field of 1.15(1) T and accompanied by an angle of 54.7(5) between Bhf and Vzz, the main component of the electric field gradient tensor.

研究の動機と目的

• モースバウアー分光法を用いて、超伝導性LaFePO中の57Feの局所的電子的環境を特徴づけること。
• 超伝導的挙動を隠蔽する可能性のある磁気不純物（特にFe2P）を特定・定量すること。
• 低温における磁気ハイパーファイン相互作用を評価し、スピン極化および超伝導ペアリング機構を検討すること。
• 外部からの磁気寄与を排除することで、LaFePOにおける超伝導性の本質的性質を確認すること。

提案手法

• 高純度を得るために、1123 Kでスズフラックス法を用いて多結晶LaFePOを合成した。
• 単結晶X線回折を用いて、ZrCuSiAs型構造（P4/nmm空間群）を同定し、格子定数a = 3.9610(1) Åおよびc = 8.5158(2) Åを決定した。
• 粉末X線回折データのリートベルト精査により、相純度が確認され、残留するFe2P不純物が特定された。
• 57Feモースバウアー分光法を298 K、77 K、4.2 Kおよび4 Kで実施し、ハイパーファイン相互作用および磁気的挙動を調べた。
• イソマーシフトおよびクアドリュープルスプリッティングの分析により、Feサイトにおける酸化状態および電場勾配を評価した。
• 温度依存の線幅拡大およびハイパーファイン場解析を用いて、弱い磁気秩序またはスピン極化を検出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 イソマーシフトおよびクアドリュープルスプリッティングから、LaFePO中の57Feの局所的電子的環境はどのように特定されるか？
• RQ2 Fe2Pなどの磁気不純物の存在が、超伝導転移温度や電子的性質に顕著に影響を与えるか？
• RQ3 4 Kで観察される磁気ハイパーファイン場の証拠は、超伝導状態におけるスピン極化または局所的磁気モーメントを示唆するか？
• RQ4 4 Kで観察される線幅拡大の性質は何か？これは小さな転送磁場に起因するか？
• RQ5 ハイパーファイン場の方向が電場勾配テンソルの主軸とどのように関係するか、それが観測されるスペクトル特徴に与える影響は何か？

主な発見

• LaFePOは、全温度域で約0.35 mm/sのイソマーシフトを示す単一の57Feモースバウアー信号を示し、Fe2+酸化状態およびパウリ常磁性挙動を示している。
• 小さな電場勾配に一致する弱いクアドリュープルスプリッティングが観察された。
• 4 Kでは対称的な線幅拡大が観察され、1.15(1) Tの小さな転送磁気ハイパーファイン場が存在することを示している。
• 電場勾配テンソルの主軸とハイパーファイン場のなす角度は54.7(5)°であり、局所的電子的環境に特徴的な対称性があることを示唆している。
• 大きな磁気ハイパーファイン場や長距離磁気秩序の不在から、LaFePOにおける超伝導性が本質的であり、磁気不純物によって媒介されていないことが確認された。
• 強磁性Fe2P相を除去した後、LaFePOは7 Kで超伝導性を示し、材料の本質的超伝導性が確認された。