[論文レビュー] Coexistence of antiferromagnetic and ferromagnetic spin correlations in SrCo2As2 revealed by 59Co and 75As NMR

P. Wiecki, В. В. Оглобличев+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 2, 2015

Iron-based superconductors research被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、59Coおよび75As NMRを用いて、常磁性のSrCo2As2がストライプ型反強磁性（AFM）揺らぎと共存する強い強磁性（FM）スピン揺らぎを示すことが明らかになった。これは修正されたKorringa解析およびDFT計算によって裏付けられている。強磁性揺らぎが支配的であるにもかかわらず、反強磁性スピン相関が強いにもかかわらず超伝導は抑制されている。これは鉄pnict化物における超伝導を駆動するのは反強磁性揺らぎのみであるという従来の見解に挑戦するものである。

ABSTRACT

In nonsuperconducting, metallic paramagnetic SrCo2As2, inelastic neutron scattering measurements have revealed strong stripe-type $χ$(q) = ($π$,0) antiferromagnetic (AFM) spin correlations. Here, using nuclear magnetic resonance (NMR) measurements on 59Co and 75As nuclei, we demonstrate that stronger ferromagnetic (FM) spin correlations coexist in SrCo2As2. Our NMR data are consistent with density functional theory (DFT) calculations which show enhancements at both q = ($π$,0) and the in-plane FM q = 0 wavevectors in static magnetic susceptibility $χ$(q). We suggest that the strong FM fluctuations prevent superconductivity in SrCo2As2, despite the presence of stripe-type AFM fluctuations. Furthermore, since DFT calculations have consistently revealed similar enhancements of the $χ$(q) at both q = ($π$,0) and q = 0 in the iron-based superconductors and parent compounds, our observation of FM correlations in SrCo2As2 calls for detailed studies of FM correlations in the iron-based superconductors.

研究の動機と目的

• 122系の電子ドーピングされた端末成分である非超伝導性SrCo2As2における低エネルギースピン揺らぎの性質を調査すること。
• 既に観察されたストライプ型反強磁性（AFM）揺らぎと共存する強磁性（FM）スピン揺らぎが存在するかどうかを特定すること。
• 強磁性スピン揺らぎが、反強磁性スピン相関が強いにもかかわらず、SrCo2As2における超伝導の抑制に果たす役割を評価すること。
• 局所的プローブとしてのNMR技術を用いて、鉄系超伝導体における強磁性スピン揺らぎの実験的証拠を提供すること。

提案手法

• 59Coおよび75As核を用いた、位相整合型スピンエコーパルス分光計を用いた核磁気共鳴（NMR）測定が実施された。
• 局所的スピンダイナミクスを調べるために、単一のπ/2サチュレーションパルス回復法を用いてスピン・レセプタント率（1/T1）が測定された。
• 修正されたKorringa関係を適用して、スピン揺らぎの強磁性的・反強磁性的性質を区別するためのKorringaパラメータαを抽出した。
• 理論的予測である静的磁化率χ(q)と実験的NMRデータを比較するためにDFT計算が用いられた。
• スピン揺らぎの異方性を評価するために、H∥cおよびH∥abの両方向におけるNMRシフトの場磁界依存性が測定された。
• SrCo2As2およびBaCo2As2におけるKorringa比およびα値の解析により、強磁性揺らぎの強度を比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 長距離磁気秩序が存在しないにもかかわらず、SrCo2As2において強磁性スピン揺らぎがストライプ型反強磁性揺らぎと共存しているか？
• RQ2 NMRによって明らかにされた、SrCo2As2における強磁性と反強磁性スピン揺らぎの相対的強度およびエネルギースケールは何か？
• RQ3 鉄pnict化物において通常は超伝導を駆動するとされる強い反強磁性スピン揺らぎが存在するにもかかわらず、なぜSrCo2As2では超伝導が発現しないのか？
• RQ4 SrCo2As2におけるNMRから導かれたKorringaパラメータαは、DFT計算によるχ(q)の理論予測とどのように一致するか？
• RQ5 DFT計算が示唆するように、強磁性スピン揺らぎは鉄系超伝導体の一般的な特徴であるのか？

主な発見

• 59Coおよび75AsのNMRデータは、SrCo2As2におけるスピン揺らぎが主に強磁性的性質を示しており、両方向の場磁界においてもKorringaパラメータα ≪ 1であることを示している。
• Korringa比の解析により、低エネルギー領域で強磁性揺らぎが支配的であることが判明し、q=0（強磁性）およびq=(π,0)（反強磁性）におけるχ(q)の増幅を示すDFT予測と整合的である。
• 弱い反強磁性揺らぎが、χ(q)におけるq=(π,0)波数の残存寄与によって、支配的である強磁性揺らぎと共存していることが裏付けられた。
• DFT計算により、強磁性および反強磁性の波数ベクトルの両方がχ(q)において同等の増幅を示すことが確認されたが、強磁性揺らぎは低いエネルギースケールにあり、低エネルギー領域で支配的である。
• SrCo2As2における超伝導の抑制は、強磁性揺らぎと反強磁性揺らぎに起因するペアリング機構との競合に起因するとされる。
• これらの結果は、強磁性スピン揺らぎが鉄系超伝導体におけるTcの決定に重要な役割を果たす可能性があり、超伝導を駆動するのは反強磁性揺らぎのみであるという仮定に挑戦するものである。