[論文レビュー] Experimental observation of an anomalous peak in isofield M(T) curves in BaFe$_2$(As$_{1-x}$P$_x$)$_2$ resembling the fish-tail in $M$($H$) curves further suggesting a possible phase transition in the irreversible regime

S. Salem-Sugui, J. Mosqueira+6 more|arXiv (Cornell University)|Jan 23, 2015

Iron-based superconductors research参考文献 39被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、鉄基超伝導体 BaFe₂(As₀.₆₈P₀.₃₂)₂ 単結晶において、不可逆領域におけるヴォルコフ格子相転移を示唆する、異常なピークが等場 M(T) 曲線で初めて実験的に観測された。このピークは、緩和率の最小値および構造的転移モデルと相関しており、理論的式へのフィッティングにより、菱形格子から正方形格子への転移と関連づけられ、鉄基超伝導体におけるヴォルコフ格子相転移の強力な証拠を提供する。

ABSTRACT

We measure magnetization as a function of temperature, magnetic field and time in a BaFe$_2$(As$_{0.68}$P$_{0.32}$)$_2$ single crystal with $T_c$ = 27.6 K. The fish-tail observed on many $M$($H$) curves are used to construct isofield $M$($T$) curves which show an anomalous peak at some temperature $Tt$ suggesting a possible phase transition in the irreversible regime. A vortex dynamics study performed along the peaks evidences a minimum in the relaxation rate occurring at the same position $Tt$ of the minimum value of $M$ in these peaks. A vortex dynamics study performed on $M$($H$) curves show two distinct minimum in the relaxation rate: a first minimum ($H1$) for a lower field correlating with $Tt$ and a second ($H2$) correlating with the peak in the fish-tail. A phase diagram is constructed and the line corresponding to $Tt$ and $H1$ points obey an expression developed in the literature for a structural rhombic to square lattice phase transition, further supporting this view.

研究の動機と目的

• BaFe₂(As₀.₆₈P₀.₃₂)₂ 単結晶における等場 M(T) 曲線に見られる異常な特徴の起源を調査すること。
• 観測された M(T) 曲線のピークが不可逆領域における相転移に対応するかどうかを特定すること。
• 鉄基超伝導体におけるヴォルコフダイナミクス、緩和率、および第二磁化ピーク（SMP）との関連を調査すること。
• 観測された転移が、構造的菱形から正方形へのヴォルコフ格子相転移を示す理論モデルと整合するかどうかを検証すること。

提案手法

• 第二磁化ピーク（SMP）または「フィッシュテイル」特徴を特定するために、ゼロ場冷却後の等温 M(H) 曲線を測定する。
• 固定磁場における M(H) データから磁化値を抽出することで、等場 M(T) 曲線を構築する。
• 異常な M(T) ピークに沿った磁化緩和率 R(T) を分析し、M(T) の最小値と相関する最小値を特定する。
• 固定温度における M(H) および緩和率 R(H) を測定し、SMP を超えてのヴォルコフダイナミクスをマップする。
• Tt–H₁ 線を、菱形から正方形へのヴォルコフ格子相転移の理論的式にフィッティングする：H_spt = A(T₀ - T)/(C^(ν-1)T^ν)。
• 理論的フィッティングに λ = 108 nm および Lz ≈ 10⁻⁴ cm を入力パラメータとして使用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 BaFe₂(As₀.₆₈P₀.₃₂)₂ における等場 M(T) 曲線の異常なピークは、不可逆領域における相転移を示唆するか？
• RQ2 このピークは、ヴォルコフ格子の構造的変化を示唆する緩和率の最小値と相関しているか？
• RQ3 緩和率の最小値から特定された H₁ および H₂ は、SMP の既知の特徴（H_on および H_p）と相関しているか？
• RQ4 Tt–H₁ 線は、菱形から正方形へのヴォルコフ格子相転移を示す理論的モデルで記述可能か？

主な発見

• 等場 M(T) 曲線に異常なピークが観測され、Tt ≈ 23 K で観測され、不可逆領域における可能な相転移を示唆する。
• Tt における M(T) の最小値は、緩和率 R(T) の最小値と一致しており、ヴォルコフ格子の柔らかさの低下を示唆する。
• 緩和率 R(H) に二つの明確な最小値が特定された：H₁ ≈ 1.5 T（Tt と相関）、H₂ ≈ 2.5 T（H_p と相関）。
• Tt–H₁ 線は、菱形から正方形へのヴォルコフ格子相転移の理論的式にうまくフィッティングされ、A = 0.98 Tc、T₀ = 26.1 K、ν = 0.85 のパラメータが得られた。
• 得られたパラメータは、Ba(Fe,Co)₂As₂ や La₂₋ₓSrₓCuO における類似研究の値と整合しており、相転移解釈の妥当性を裏付けている。
• 複数回の ZFC 測定における異常ピークの再現性および Yb₃Rh₄Sn₁₃ においても同様のピークが観測されたことから、本観測はより広範な関連性を有する。