[論文レビュー] Determination of anisotropic Hc2 up to 60 T in (Ba0.55K0.45)Fe2As2 single crystals

M. M. Altarawneh, Kristen Collar+4 more|arXiv (Cornell University)|Jul 28, 2008

Iron-based superconductors research被引用数 8

ひとこと要約

本研究は、60 Tまでかつ14 Kまで pulsed magnetic field 内で、radio frequency (rf) 渡り込み深さ測定を用いて (Ba0.55K0.45)Fe2As2 単結晶における anisotropic な上臨界磁場 $H_{c2}(T)$ を決定した。温度依存性の強い anisotropy が示され、$T_c$ で約 3.5 から 14 K で約 1.16 へと減少する。$H_{c2}(T=0)$ は 75 T を超えると外挿され、鉄系超伝導体として極めて高い磁場耐性を示していることが明らかになった。

ABSTRACT

The radio frequency penetration depth was measured in the superconductor (Ba$_{0.55}$K$_{0.45}$)Fe$_{2}$As$_{2}$ under pulsed magnetic fields extending to 60 tesla and down to 14 K. Using these data we are able to infer a $H_{c2}(T)$, $H-T$ phase diagram, for applied fields parallel and perpendicular to the crystallographic c-axis. The upper critical field curvature is different for the respective orientations but they each remain positive down to 14 K. The upper critical field anisotropy is moderate, $\approx 3.5$ close to $T_c$, and drops with the decrease of temperature, reaching $\approx 1.2$ at $14 K$. These data and analysis indicate that (i) (Ba$_{0.55}$K$_{0.45}$)Fe$_{2}$As$_{2}$ anisotropy diminishes with temperature and has an unusual temperature dependence, (ii) $H_{c2} (T=0)$ for this compound may easily approach fields of 75 tesla.

研究の動機と目的

• 高磁場および低温度下における (Ba0.55K0.45)Fe2As2 の完全な $H_{c2}(T)$ 相図を決定すること。
• 磁場が $c$-軸に平行および垂直な場合の $H_{c2}$ の anisotropy を解明すること。
• ゼロ温度における上臨界磁場 $H_{c2}(0)$ を評価し、磁場耐性に与える意味を検討すること。
• 観測された anisotropy の進化が、次元的クロスオーバーまたは超伝導層の分離を示唆するかを調査すること。

提案手法

• 28 MHz 前後の基本周波数を持つ高安定性タンク回路発振器を用いて、radio frequency (rf) による接触なしの渡り込み深さ測定を実施した。
• この手法は、rf 渡り込み深さに比例する共振周波数の場誘起シフトを検出でき、超伝導状態から正準状態への転移を感度よく追跡可能である。
• 10 ms の立ち上がり時間と 40 ms の減衰時間を有する 60 T のパルス磁場を用い、試料加熱を最小限に抑えた。
• $H_{c2}$ 値は、周波数シフトの傾きが変化する場所、すなわち正準状態の始まりを示す場所として特定された。
• 測定は $c$-軸に平行および垂直な磁場方向について実施され、$H_{c2}^\parallel c$ および $H_{c2}^\perp c$ の決定が可能になった。
• anisotropy $\gamma = H_{c2}^\perp c / H_{c2}^\parallel c$ を計算し、温度依存性を抽出するためにフィッティングを実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Ba0.55K0.45)Fe2As2 において、上臨界磁場 $H_{c2}$ は温度および磁場方向にどのように変化するか？
• RQ2 この鉄系超伝導体における $H_{c2}$ の anisotropy $\gamma$ の温度依存性は何か？
• RQ3 高磁場・低温度データから、ゼロ温度における上臨界磁場 $H_{c2}(0)$ を信頼性を持って外挿できるか？
• RQ4 観測された anisotropy の進化は、次元的クロスオーバーまたは超伝導層の分離を示唆するか？

主な発見

• 上臨界磁場の anisotropy $\gamma$ は、$T_c$ 近傍で約 3.5 から 14 K で 1.16 へと連続的に減少した。
• 磁場方向に関わらず、両方の $H_{c2}(T)$ 曲線は 14 K まで正かつ凸のままであり、再入的行動の兆候は認められなかった。
• $H_{c2}^\parallel c(T)$ および $H_{c2}^\perp c(T)$ を $T=0$ に外挿した結果、それぞれ約 75 T および 80 T の $H_{c2}(0)$ 値が得られた。
• 推定されたゼロ温度における coherence 長は、$\xi_{\perp c}(0) \approx 34~\AA$ および $\xi_{\parallel c}(0) \approx 21.5~\AA$ であり、層の分離の兆候は認められなかった。
• パルス中にはヒステリシスや加熱が観測されず、良好な熱アンカリングとデータの信頼性が確認された。
• 本結果は、冷却曲線に二重ピークを示す以前の報告とは相反し、これは試料の不均一性や複数相の影響によるものとされる。