[論文レビュー] Connection between ambient-pressure and pressure-induced superconducting phases in alkaline iron selenide superconductors

Dachun Gu, Liling Sun+7 more|arXiv (Cornell University)|Jul 2, 2014

Iron-based superconductors research参考文献 51被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、アルカリ性鉄ケイ酸化物超伝導体における大気圧下の超伝導相（SC-I）と圧力誘起超伝導相（SC-II）が反強磁性秩序（AFM）を通じて結びついていることを明らかにした。Teドーピングを調整することで、SC-IおよびSC-II超伝導性、ならびにAFM秩序はすべてx = 0.4で同時に消失する。これは、長距離AFM秩序がSC-Iを安定化させる一方で、AFM揺動が圧力下でのSC-IIの出現を駆動していることを示唆する。本研究の結果は、異なる相において超伝導性を可能にするAFM状態の統一的役割を確立する。

ABSTRACT

A unique platform for investigating the correlation between the antiferromagnetic (AFM) and superconducting (SC) states in high temperature superconductors is created by the discovery of alkaline iron selenide superconductors which are composed of an AFM insulating phase and a SC phase separated spatially. Our previous studies showed that pressure can fully suppress the superconductivity of ambient-pressure superconducting phase (SC-I) and AFM order simultaneously, then induce another superconducting phase (SC-II) at higher pressure. Consequently, the connection between the two superconducting phases becomes an intriguing issue. In this study, on the basis of observing pressure-induced reemergence of superconductivity in Rb0.8Fe2-ySe2-xTex (x=0, 0.19 and 0.28) superconductors, we find that the superconductivity of the SC-I and SC-II phases as well as the AFM ordered state can be synchronously tuned by Te doping and disappear together at the doping level of x=0.4. We propose that the two superconducting phases are connected by the AFM phase, in other words, the state of long-ranged AFM order plays a role in giving rise to superconductivity of the SC-I phase, while the fluctuation state of the suppressed AFM phase drives the emergence of SC-II phase. These results comprehensively demonstrate the versatile roles of AFM states in stabilizing and developing superconductivity in the alkaline iron selenide superconductors.

研究の動機と目的

• アルカリ性鉄ケイ酸化物超伝導体における大気圧下の超伝導相（SC-I）と圧力誘起超伝導相（SC-II）の関係を調査すること。
• 反強磁性（AFM）秩序が両超伝導相の出現に媒介または影響を与えるかどうかを特定すること。
• 化学的ドーピング（Te）がSC-I、SC-IIおよびAFM秩序の共存と抑制に与える影響を調査すること。
• 長距離および揺動的AFM状態が、これらの複雑な系における超伝導性の安定化と駆動に果たす役割を明確にすること。

提案手法

• 本研究では、Te含有量（x = 0, 0.19, 0.28）を変化させたRb0.8Fe2-ySe2-xTex固溶体を用い、圧力依存電気的輸送測定を体系的に行った。
• 水圧的圧力下で立方体アンビルプレスを用い、超伝導転移温度（Tc）および反強磁性秩序の変化をモニタリングした。
• Teドーピングを用いて、電子相関の強さおよびAFMおよび超伝導相の安定性を制御するパラメータとした。
• 異なるドーピングレベルにおける超伝導性およびAFM秩序の抑制を分析し、すべての3つの状態が同時に消失する臨界ドーピング閾値（x = 0.4）を同定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 アルカリ性鉄ケイ酸化物における大気圧下の超伝導相（SC-I）と圧力誘起超伝導相（SC-II）は、どのように関係しているか？
• RQ2 反強磁性（AFM）秩序が、これらの材料における超伝導性の安定化または誘導に直接的な役割を果たすか？
• RQ3 Teドーピングは、同時に大気圧下および圧力誘起超伝導相を調整できるか？
• RQ4 どのドーピングレベルでSC-I、SC-IIおよびAFM相が一貫して消失し、臨界量子相転移境界を示すか？

主な発見

• 大気圧下の超伝導相（SC-I）と圧力誘起超伝導相（SC-II）は、すべてTeドーピングレベルx = 0.4で抑制され、同時に消失する。
• 反強磁性（AFM）秩序も同じドーピングレベル（x = 0.4）で完全に抑制され、3つの状態に共通の臨界点があることを示している。
• 長距離AFM秩序はSC-I相の安定化に不可欠であり、その抑制がSC-Iの消失と一致する。
• 抑制状態におけるAFM揺動が、圧力誘起SC-II相の出現を駆動すると提唱され、AFM相関の二重的役割が示唆される。
• TeドーピングによるSC-I、SC-IIおよびAFM秩序の同時調整と消失は、SC-IとSC-IIの両相がAFM状態を通じて深く結びついていることを確認する。
• 本結果は、AFM状態—長距離および揺動的両方の状態—が、鉄ケイ酸化物における異なる相における超伝導性の実現に中心的な役割を果たす統一的シナリオを支持する。