[論文レビュー] Co-co-doping effect for (Ca,RE)FeAs2 sintered bulk

Hiroyuki Yakita, Hiraku Ogino+6 more|arXiv (Cornell University)|May 27, 2015

Iron-based superconductors research参考文献 15被引用数 10

ひとこと要約

本研究は、焼結した (Ca,RE)FeAs2（RE = La, Pr）多結晶ボイドにおけるCo共ドーピングを調査し、Co共ドーピングが超伝導転移温度（Tc）を30 Kに向上させるとともに、2 Kにおける臨界電流密度（Jc）を2.1 × 10⁴ A/cm²まで著しく向上させ、強力な抗磁性スクリーニングを示し、ボイド超伝導の特徴を示している。一方、Mn共ドーピングは超伝導性を抑制する。これは、112型鉄ベース超伝導体においてCoが超伝導特性を最適化する独自の役割を果たしていることを示している。

ABSTRACT

Superconducting properties of Co-co-doped (Ca,RE)FeAs2 ((Ca,RE)112: RE = La, Pr) were investigated. Co-co-doping increased Tc of (Ca,Pr)112 while Mn-co-doping suppressed superconductivity of (Ca,RE)112. Co-co-doped (Ca,La)112 showed large diamagnetic screening and sharper superconducting transition than Co-free (Ca,La)112. Tczero observed in resistivity measurements increased from 14 K to 30 K by Co-co-doping, while Tconset was not increased. The critical current density (Jc) of Co-co-doped (Ca,La)112 were approximately 2.1 x 104 Acm-2 and 3.2 x 103 Acm-2 at 2 K and 25 K, respectively, near zero field. These relatively high Jcs and large diamagnetic screening observed in susceptibility measurement as for polycrystalline bulks suggest bulk superconductivity of Co-co-doped (Ca,RE)112 compounds.

研究の動機と目的

• 焼結した (Ca,RE)FeAs2 多結晶ボイドにおけるCo共ドーピングの超伝導特性に与える影響を調査すること。
• Co共ドーピングとMn共ドーピングの効果を比較し、Tcおよび超伝導転移挙動に与える影響を明らかにすること。
• Co共ドーピングされた (Ca,La)112 の臨界電流密度（Jc）および抗磁性スクリーニングを評価し、ボイド超伝導特性を確認すること。
• 鉄ベース112化合物におけるCoが超伝導性能を向上させる役割を理解すること。

提案手法

• 高温焼結を用いた固体反応法により多結晶 (Ca,RE)FeAs2 ボイドの合成。
• CaおよびFeサイトへのCoドーピングにより、電子構造およびキャリア濃度を調整。
• 電気抵抗率の測定により、Tcの上昇およびゼロ抵抗転移温度（Tc-zero）を特定。
• 磁化率測定により、抗磁性スクリーニングおよび超伝導転移の鋭さを評価。
• 2 Kおよび25 Kにおけるゼロ磁場下での輸送測定を用いて、臨界電流密度（Jc）を評価。
• Co共ドーピングおよびMn共ドーピングのサンプルを比較し、ドーピング種の超伝導性に与える影響を分離して分析。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 焼結した (Ca,RE)FeAs2 ボイドにおけるCo共ドーピングは、超伝導転移温度（Tc）にどのように影響を与えるか？
• RQ2 Co共ドーピングは、(Ca,La)112 多結晶試料における臨界電流密度（Jc）および抗磁性スクリーニングにどのような影響を及えるか？
• RQ3 Mn共ドーピングは、(Ca,RE)112 化合物において、超伝導性を抑制するか、あるいは促進するか、Co共ドーピングと比較してどう異なるか？
• RQ4 Co共ドーピングは、多結晶 (Ca,RE)FeAs2 において、ボイド超伝導挙動をどの程度促進するか？

主な発見

• 電気抵抗率測定により、Co共ドーピングにより (Ca,La)112 のTc-zeroが14 Kから30 Kに上昇した。
• Co共ドーピングされた (Ca,La)112 では、超伝導転移が鋭くなり、大きな抗磁性スクリーニングを示した。これは、超伝導コherenceの向上を示している。
• ゼロ磁場下で2 Kにおける臨界電流密度（Jc）は2.1 × 10⁴ A/cm²、25 Kでは3.2 × 10³ A/cm²に達し、高い電流容量を示した。
• Co共ドーピングされた (Ca,Pr)112 はTcが向上し、Prドーピング系においてCoの有益な役割が確認された。
• Mn共ドーピングは (Ca,RE)112 における超伝導性を抑制した。これは、すべての遷移金属ドーピングが超伝導特性を向上させるわけではないことを示している。
• 高いJcと強力な抗磁性スクリーニングの両方が確認されたことから、Co共ドーピングされた (Ca,RE)112 多結晶ボイドはボイド超伝導を示している。