[論文レビュー] Electronic properties of single-crystalline Fe$_{1.05}$Te and Fe$_{1.03}$Se$_{0.30}$Te$_{0.70}$

GF Chen, Chen Zg+7 more|arXiv (Cornell University)|Nov 10, 2008

Iron-based superconductors research被引用数 11

ひとこと要約

本研究では、輸送特性、比熱、磁化率、および光学分光法を用いて、単結晶状態のFe₁.₀₅TeおよびFe₁.₀₃Se₀.₃₀Te₀.₇₀の電子的性質を調査した。過剰なFeイオンが強い不純物散乱を引き起こし、電荷輸送が非一貫的となり、母体化合物では明確な超伝導ギャップが観測されないことが判明した。一方、Seドープされた超伝導体では、強い散乱がTcを低下させるが、異常に高い上臨界磁場を示し、不純物効果が顕著なドレイン型で多バンドの超伝導体であることが示唆された。

ABSTRACT

We report on a comprehensive study of the transport, specific heat, magnetic susceptibility and optical spectroscopy on single crystal of Fe$_{1.05}$Te. We confirm that Fe$_{1.05}$Te undergoes a first-order phase transition near 65 K. However, its physical properties are considerably different from other parent compounds of FeAs-based systems, presumably attributed to the presence of excess Fe ions. The charge transport is rather incoherent above the transition, and no clear signature of the gap is observed below the transition temperature. Strong impurity scattering effect exists also in Se-doped superconducting sample Fe$_{1.03}$Se$_{0.30}$Te$_{0.70}$, leading to a relatively low T$_c$ but a rather high upper critical field.

研究の動機と目的

• 過剰なFeイオンがFe₁.₀₅TeおよびFe₁.₀₃Se₀.₃₀Te₀.₇₀の電子的および磁気的性質に与える影響を理解すること。
• 約65 Kで一次相転移を示すにもかかわらず、Fe₁.₀₅Teに明確な超伝導ギャップが観測されない理由を調査すること。
• Seドープ超伝導体Fe₁.₀₃Se₀.₃₀Te₀.₇₀に見られる異常に高い上臨界磁場Hc2の起源を特定すること。
• 過剰なFeがフェルミ面のネストおよび共鳴的スピン密度波秩序をどのように破壊するかを評価すること。

提案手法

• Fe₁.₀₅TeおよびFe₁.₀₃Se₀.₃₀Te₀.₇₀の単結晶は、ICP分析で組成が確認されたブリッジマン法で成長させた。
• 輸送特性は、PPMSを用いて1.8 Kまで四端子法で測定した。
• DC磁化率は1 Tの磁場下で測定し、磁気的転移を調べた。
• 比熱は熱的リラックスカルオリメータを用いて測定し、電子的および磁気的寄与を検出した。
• 光学反射率および導電率は、25,000 cm⁻¹までに達する反射率データのクラメール＝クロニッヒ変換により得た。
• ホール係数は、五端子法を用いて測定し、キャリアの種別および濃度を決定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 過剰なFeイオンがFe₁.₀₅Teにおける電子的整合性および準粒子の寿命にどのように影響を与えるか？
• RQ2 約65 Kで一次相転移を示すにもかかわらず、なぜFe₁.₀₅Teには明確な超伝導ギャップの証拠がないのか？
• RQ3 Tcが比較的低いにもかかわらず、Fe₁.₀₃Se₀.₃₀Te₀.₇₀に異常に高い上臨界磁場Hc2が観測される原因は何か？
• RQ4 過剰なFeがFeTe系材料におけるフェルミ面のネストおよびスピン密度波秩序にどのように影響を与えるか？

主な発見

• Fe₁.₀₅Teは約65 Kで一次相転移を示し、TSDWより上では抵抗率が半導体的挙動を示し、非一貫性輸送に起因する。
• TSDWより上では光学的導電率にドレープ成分が認められず、長寿命の明確な準粒子が存在しないことを示している。
• TSDW以下では、非一貫性背景からの小さなドレープ成分が現れるが、光学的、ホール的、比熱的測定において明確な超伝導ギャップは観測されない。
• Fe₁.₀₃Se₀.₃₀Te₀.₇₀の超伝導相はTc ≈ 11 Kを示し、Hc2はab面で51 T、c軸で31 Tと推定され、非常に高い上臨界磁場を示している。
• 高いHc2は、ランダムに分布する過剰なFeイオンに起因する強い不純物散乱に起因するとされ、ドレイン限界の二重ギャップ超伝導と整合的である。
• ドープ系における低いTcは、化学 stoichiometric FeTeにおける理論的予測とは対照的に、Fe⁺イオンに起因する磁気的散乱によって抑制されている可能性が高い。