[論文レビュー] Effect of pressure on transport and magnetotransport properties in CaFe2As2 single crystals

M. S. Torikachvili, S. L. Bud’ko+3 more|ArXiv.org|May 25, 2009

Iron-based superconductors research被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、静水圧および一軸圧力技術を用いてCaFe2As2単結晶における圧力誘発超伝導を調査し、非静水圧応力下で磁性を持たない収縮正方晶（cT）相において超伝導が出現することを明らかにした。結果は、非静水圧成分が超伝導の安定化に重要な役割を果たしていることを支持しており、静水圧および一軸圧力の両条件下でTc(P)の傾向が一貫しており、T–cT転移に伴うバンド構造の顕著な変化を示唆している。

ABSTRACT

The effects of pressure generated in a liquid medium, clamp, pressure cell on the in-plane and c-axis resistance, temperature-dependent Hall coefficient and low temperature, magnetoresistance in CaFe2As2 are presented. The T - P phase diagram, including the observation of a complete superconducting transition in resistivity, delineated in earlier studies is found to be highly reproducible. The Hall resistivity and low temperature magnetoresistance are sensitive to different states/phases observed in CaFe2As2. Auxiliary measurements under uniaxial, c-axis, pressure are in general agreement with the liquid medium clamp cell results with some difference in critical pressure values and pressure derivatives. The data may be viewed as supporting the potential importance of non-hydrostatic components of pressure in inducing superconductivity in CaFe2As2.

研究の動機と目的

• CaFe2As2における静水圧下でのT–P相図の頑健性および再現可能性を評価すること。
• 非静水圧応力が、特に収縮正方晶（cT）相において超伝導を誘発する役割を調査すること。
• 静水圧（液体媒体）と一軸c軸圧力の下での輸送および磁気輸送応答を比較すること。
• 磁気抵抗におけるKohler則の破れを評価し、相転移に伴う電子構造の変化を推論すること。
• 先行研究におけるcT相の存在および安定性に関する矛盾を解消すること。

提案手法

• 最大約19 kbarまでの静水圧を液体媒体クランプ圧力セルを用いて印加し、面内およびc軸方向の抵抗率測定を実施した。
• 低温磁気輸送測定を実施し、Hc2(T)を抽出し、超伝導の異方性を評価した。
• ピストンシリンダー式セルを用いてc軸方向の一軸圧力をかけ、非静水圧効果を調査した。
• 温度依存ホール抵抗率を測定し、相転移に伴うキャリア密度および散乱の変化を追跡した。
• 静水圧および一軸圧力の結果を比較し、応力の異方性が相の安定性および超伝導に与える影響を評価した。
• 磁気抵抗におけるKohler則からの逸脱を評価し、電子バンド構造および散乱メカニズムの変化を推論した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CaFe2As2のT–P相図は、静水圧条件下でも再現可能であるか？
• RQ2 CaFe2As2における超伝導は、非静水圧応力、特に収縮正方晶（cT）相において安定化されるか？
• RQ3 一軸c軸圧力下におけるCaFe2As2の輸送および磁気輸送特性は、静水圧下と比べてどのように変化するか？
• RQ4 磁気抵抗におけるKohler則の破れは、T–cT転移に伴う電子構造の変化をどの程度反映しているか？
• RQ5 一軸圧力下ではcT相が存在するのか、それとも異方的格子ひずみのため回避されるのか？

主な発見

• 静水圧下では約0.7 kbarで完全な超伝導転移が抵抗率で観測され、遷移幅が広い。
• 静水圧下でのT–cT転移は再現可能であり、約3 kbarで発生し、cT相は約17 kbarまで安定化される。
• 一軸c軸圧力下では、より低い圧力（約0.7 kbar）で完全な超伝導転移が観測され、異方的応力下で超伝導が強化されていることが示唆された。
• 一軸圧力下では低温抵抗率が約5倍低下し、通常状態での散乱が強く抑制されていることが示された。
• 圧力下でc軸抵抗率は面内抵抗率よりも速く減少し、抵抗率の異方性が低下し、三次元性が向上した。
• 磁気抵抗におけるKohler則からの逸脱は、低温正方晶/反強磁性相とcT相の間でバンド構造および散乱の顕著な変化を示唆している。