[論文レビュー] Bulk superconductivity and disorder in single crystals of LaFePO

James G. Analytis, Jiun-Haw Chu+8 more|ArXiv.org|Oct 30, 2008

Iron-based superconductors research被引用数 13

ひとこと要約

本研究は、ストイキオメトリックな LaFePO がバルク超伝導体であることを確立し、非磁性不純物に対して超伝導転移温度 (Tc) が不変であることを示しており、s 波対称性の対称性を支持する。正常状態の輸送特性に強い不純物効果があるにもかかわらず、低温抵抗率の上昇が観測されるが、超伝導性は一様に持続しており、高品質な単結晶において磁気フラクチュエーションや相分離が存在しない状況での頑健な対称性形成を示している。

ABSTRACT

We have studied the intrinsic normal and superconducting properties of the oxypnictide LaFePO. These samples exhibit bulk superconductivity and the evidence suggests that stoichiometric LaFePO is indeed superconducting, in contrast to other reports. We find that superconductivity is independent of the interplane residual resistivity $ρ_0$ and discuss the implications of this on the nature of the superconducting order parameter. Finally we find that, unlike $T_c$, other properties in single-crystal LaFePO including the resistivity and magnetoresistance, can be very sensitive to disorder.

研究の動機と目的

• ストイキオメトリックな LaFePO が本質的に超伝導体であるのか、それとも酸素欠損に起因する超伝導性であるのか、対立する報告を解消すること。
• 非磁性不純物（平面間残留抵抗率 ρ₀ で定量化）と超伝導転移温度 Tc 間の関係を特定すること。
• 一部の単結晶試料で観測された低温抵抗率上昇の起源を解明すること。これは、競合する電子的不安定性を示す可能性がある。
• 清浄で非磁性の鉄ヒ素化物において、不純物が正常状態の輸送および量子振動現象に与える影響を調査すること。

提案手法

• La₂O₃ または Fe₂O₃ を酸素源として用いたスニン酸フラックス法による高品質単結晶 LaFePO の成長。
• 単結晶および多結晶試料における電気抵抗率、比熱、磁化、磁気抵抗率の測定。
• 非磁性不純物の指標として残留抵抗比 (RRR) および平面間抵抗率 ρ₀ を用いる。
• 磁場および温度依存の磁気抵抗率を分析し、局在化および散乱メカニズムを調査する。
• ρ₀ が異なる試料間での輸送および熱力学的データの比較を通じて、不純物依存性を評価する。
• dHvA 量子振動データと輸送異常を照合し、フェルミ面および散乱効果を調査する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ストイキオメトリックな LaFePO は本質的に超伝導体であるのか、それとも酸素欠損に起因する超伝導性であるのか？
• RQ2 LaFePO の超伝導転移温度 Tc は、ρ₀ で測定される非磁性不純物に依存するのか？
• RQ3 一部の単結晶試料で観測された低温抵抗率上昇の起源は何か？
• RQ4 不純物は、磁気抵抗率や局在化効果を含む正常状態の輸送特性にどのように影響するのか？
• RQ5 抵抗率上昇は、スピン密度波や磁気フラクチュエーションなどの競合電子相に関連づけることができるか？

主な発見

• 高品質単結晶においてストイキオメトリックな LaFePO はバルク超伝導を示し、Tc ≈ 5.9–6.7 K である。これは、表面のみの超伝導性を示す報告とは矛盾する。
• Tc は平面間残留抵抗率 ρ₀（0.04 から 0.18 mΩ·cm の範囲）に依存しない。これは、非磁性不純物が超伝導性を抑制しないことを示している。
• ρ₀ の増加に伴い Tc が抑制されないことは、s 波対称性と整合的であるが、決定的証明ではない。
• 一部の試料で低温抵抗率上昇が観測され、不純物と相関しているが、ρ₀ とは相関しない。これは、より複雑な起源を示唆している。
• 磁気抵抗率測定では、磁場の方向および方位に依存する異常が観測され、磁場を c 軸に垂直に印加した場合に強く現れる。
• 抵抗率上昇は Hc2 まで磁場で抑制されず、ρ₀ に比例しない。これは、単純な弱局在化が支配的メカニズムでないことを示している。