[論文レビュー] Evidence of spin excitation gap in K0.86Fe1.73Se2 superconductor as revealed by M¨ ossbauer spectroscopy

Zhiwei Li, Xiaoming Ma+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 1, 2011

Iron-based superconductors research参考文献 2被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、モースバウアー分光法を用いてK₀.₈₆Fe₁.₇₃Se₂を調査し、スピン励振状態ギャップΔE ≈ 5.1 meVが観測され、反強磁性と超伝導性が共存していることが明らかになった。結果から、反強磁性スピン励振状態が鉄ケイ酸化物系における超伝導メカニズムの鍵をなしている可能性がある。

ABSTRACT

Mossbauer spectroscopy was used to probe the site specific information of the K0.86Fe1.73Se2 superconductor. The results provide clear evidence of coexistence of superconductivity and antiferromagnetism with a large magnetic moment of about 2.22μB . A clear spin excitation gap, ∆E ≈ 5.1meV , is observed by analyzing the temperature dependence of the hyperfine magnetic field at the iron site within the spin wave excitation theory. Two kinds of lattice softening effect due to the superconducting transition and opening up of the spin excitation gap are observed, suggesting that the antiferromagnetic spin excitations may play an important role in the iron-selenide superconductors.

研究の動機と目的

• K₀.₈₆Fe₁.₇₃Se₂の磁気的および電子的性質を、サイト特異的なモースバウアー分光法を用いて調査すること。
• この鉄系超伝導体において、超伝導性と長距離磁気的秩序が共存しているかどうかを特定すること。
• 磁気励振スペクトルにおけるスピン励振状態ギャップの存在とその大きさを調べること。
• 格子の緩み効果と超伝導転移との相互作用を検討すること。

提案手法

• K₀.₈₆Fe₁.₇₃Se₂における鉄-57サイトでのサイト特異的ハイパーファイン磁場測定を目的としたモースバウアー分光法を用いた。
• ハイパーファイン磁場の温度依存性を分析し、スピン波励振状態の挙動を推察した。
• スピン波励振理論を適用して、温度依存性磁場データからスピン励振状態ギャップエネルギー∆Eを抽出した。
• 超伝導転移温度付近でのハイパーファインパラメータの変化をモニタリングすることで、格子の緩み効果を特定した。
• 観測された磁気的および格子的応答を比較し、超伝導性とスピンギャップ形成の寄与を区別した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 K₀.₈₆Fe₁.₇₃Se₂にはスピン励振状態ギャップが存在するか？ その大きさは？
• RQ2 鉄サイトにおけるハイパーファイン磁場は温度にどのように依存するか？ これはスピン励振状態にどのような含意を持つのか？
• RQ3 この系において、超伝導性と反強磁性秩序の共存の証拠は存在するか？
• RQ4 格子の緩み効果は、超伝導転移およびスピン励振状態スペクトルにどのような役割を果たすのか？

主な発見

• K₀.₈₆Fe₁.₇₃Se₂では明確なスピン励振状態ギャップ∆E ≈ 5.1 meVが観測され、ギャップ付きの磁気励振スペクトルであることが示された。
• 鉄サイトにおけるハイパーファイン磁場は、スピン波励振理論と整合する温度依存性を示し、ギャップの存在を裏付けた。
• 約2.22μBの大きな磁気モーメントが測定され、強い局所的磁気秩序が確認された。
• 2つの異なる格子の緩み効果が特定された：1つは超伝導転移に関連し、もう1つはスピン励振状態ギャップの開口と関連していた。
• サイト特異的な分光測定により、超伝導性と反強磁性の共存が確認された。
• 結果から、反強磁性スピン励振状態が鉄ケイ酸化物系における超伝導性を媒介している可能性が高いことが示唆された。