[論文レビュー] Evidence for Pseudogap Evolutions in High-Tc Iron Oxypnictides

Yasuko Ishida, T. Shimojima+11 more|arXiv (Cornell University)|May 17, 2008

Iron-based superconductors research被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、温度依存性の角度積分レーザー光電子分光法を用いて、臨界転移温度（Tc）が26 Kである鉄酸ヒ素化物超伝導体LaFeAsO:Fと、Tcが5 Kである鉄酸ホスファイト超伝導体LaFePO:Fにおける準ギャップの振る舞いを調査した。250 Kにおける高TcのLaFeAsO:Fでは、フェルミ準位近くに約0.1 eVにわたる明確な準ギャップ的特徴が観測されたが、低Tcの対応物ではその特徴は認められず、両材料において約20-meVの準ギャップおよび超伝導ギャップの兆候が観測された。これは、高Tc銅酸化物超伝導体の物理と関連する可能性を示唆している。

ABSTRACT

We have performed a temperature-dependent angle-integrated laser photoemission study of iron oxypnictide superconductors LaFeAsO:F and LaFePO:F exhibiting critical transition temperatures (Tc's) of 26 K and 5 K, respectively. We find that high-Tc LaFeAsO:F exhibits a temperature-dependent pseudogap-like feature extending over ~0.1 eV about the Fermi level at 250 K, whereas such a feature is absent in low-Tc LaFePO:F. We also find ~20-meV pseudogap-like features and signatures of superconducting gaps both in LaFeAsO:F and LaFePO:F. We discuss the possible origins of the unusual pseudogap-like features through comparison with the high-Tc cuprates.

研究の動機と目的

• 臨界転移温度（Tc）が異なる鉄酸ヒ素化物超伝導体における準ギャップ特徴の存在とその進化を調査すること。
• 高Tc鉄酸ヒ素化物における準ギャップ的振る舞いが、高Tc銅酸化物で観測されたものと類似しているかどうかを特定すること。
• 角度積分光電子分光法を用いて、LaFeAsO:F（Tc = 26 K）とLaFePO:F（Tc = 5 K）の温度依存性電子構造を比較すること。
• 両材料における超伝導ギャップおよび準ギャップの兆候を特定し、その温度依存性を評価すること。

提案手法

• 単結晶試料を用いた、LaFeAsO:FおよびLaFePO:Fにおける温度依存性の角度積分レーザー光電子分光法（ARPES）を実施した。
• フェルミ準位付近の特徴に注目し、広い温度範囲で電子構造を測定した。
• スペクトル強度の変化を分析して、準ギャップ的特徴および超伝導ギャップの兆候を同定した。
• LaFeAsO:FおよびLaFePO:Fにおける観測特徴を比較し、Tc依存の挙動を分離した。
• 高Tc銅酸化物からの参照データを用いて、観測された準ギャップ的特徴の起源を解釈した。
• フェルミ準位周辺の約0.1 eVのエネルギー範囲に注目し、両化合物に約20-meVの特徴を同定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 250 KというTcよりはるかに高い温度において、高Tc鉄酸ヒ素化物であるLaFeAsO:Fに準ギャップ的特徴が持続するか？
• RQ2 LaFeAsO:Fにおける準ギャップの振るまいは、低Tc化合物のLaFePO:Fと比べてどのように異なるか？
• RQ3 Tcが異なるにもかかわらず、両鉄酸ヒ素化物に共通する準ギャップまたは超伝導ギャップの兆候が存在するか？
• RQ4 LaFeAsO:Fに観測された準ギャップ的特徴は、高Tc銅酸化物超伝導体の物理的枠組みで解釈可能か？

主な発見

• 250 Kにおける高TcのLaFeAsO:Fでは、フェルミ準位を中心に約0.1 eVにわたる温度依存性の準ギャップ的特徴が観測された。
• この準ギャップ的特徴は低TcのLaFePO:Fには存在せず、高いTcと相関していることが示唆された。
• LaFeAsO:FおよびLaFePO:Fの両方で約20-meVの準ギャップ的特徴が観測されたため、共通の電子的起源があると考えられる。
• 両材料に超伝導ギャップの兆候が検出され、それぞれのTc値と整合的であった。
• LaFeAsO:FにおいてTcより高い温度でも準ギャップ的振るまいが持続することから、事前に形成された対状態または競合する秩序状態のメカニズムの可能性が示唆された。
• 異なるTcを示す両化合物において準ギャップ特徴が類似していることから、スピンまたは電荷揺らぎに関連する共通の電子的メカニズムが存在する可能性がある。