[論文レビュー] Growth and Anisotropy in transport properties and susceptibility of single crystals $BaFe_2As_2$

XueLiang Wang, Tao Wu+7 more|arXiv (Cornell University)|Jun 15, 2008

Iron-based superconductors research被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、自己フラックス法を用いて成長した高品質な単結晶 BaFe₂As₂ の内在的輸送および磁気的性質を報告する。大きな抵抗率異方性（約150）と磁場依存の抵抗率極小値が観測され、低温で log(1/T) の発散を示し、強い電子相関を示唆する。スピン密度波（SDW）転移温度より上でもキュリー・ワイス則の振る舞いを示さず、線形T依存の磁化率が観測されるのは、局所的スピンと拡散電子が共存していることを示し、クロムのSDW状態に類似している。

ABSTRACT

Sizable single crystals of $BaFe_2As_2$ have been grown with self-flux method. The crystals are plate-like with c-axis perpendicular to the plane. The size can be as large as 3 x 5 x 0.2 $mm^3$. The resistivity anisotropy ($ ho_c/ ho_{ab}$) is as large as about 150, and independent of temperature. The transport in ab plane and along c-axis direction shares the same scattering mechanism. In contrast to the magnetic behavior of polycrystalline samples, no Curie-Weiss behavior are observed, a temperature linear dependent susceptibility occurs above spin-density-wave (SDW) transition. The susceptibility behavior is very similar to that of antiferromagnetic SDW chromium. Magnetic behavior of single crystal definitely gives evidence for existence of local moment except for the contribution to susceptibility from itinerant electrons. A resistivity minimum strongly dependent on magnetic field is observed. A log(1/T) divergency, similar to that of the underdoped cuprates, happens at low temperature. Here we first present intrinsic transport and magnetic properties, and their anisotropy from high quality single crystal.

研究の動機と目的

• 内在的性質の測定を目的として、自己フラックス法を用いた高品質な BaFe₂As₂ 単結晶の成長。
• 単結晶における電気的輸送および磁化率の内在的異方性の調査。
• 多結晶と単結晶の磁気的挙動の不一致、特にキュリー・ワイス則の振るまいと局所的スピンに関する解明。
• 低温抵抗率異常の起源とその磁場依存性の特定。
• SDW転移温度より上での局所的スピンと拡散電子の磁気応答への寄与の明確化。

提案手法

• c軸が面に対して垂直な板状の BaFe₂As₂ 単結晶を自己フラックス法で成長させ、最大3 × 5 × 0.2 mm³のサイズを達成。
• ab面およびc軸に沿った電気的抵抗率の測定により、異方性（ρc/ρab ≈ 150）を評価し、共通の散乱機構を同定。
• スピン密度波（SDW）転移温度より上での磁化率測定を行い、温度依存性を評価し、多結晶データと比較。
• 磁場依存の抵抗率の分析により、極小値を検出し、電子相関と相関をとらえる。
• 低温抵抗率挙動の検討により、log(1/T) 発散を確認し、ドーパント不足の銅酸化物に類似した特徴を特定。
• 単結晶データを用いて、磁気応答における局所的スピンと拡散電子の寄与を分離。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 BaFe₂As₂ 単結晶における内在的抵抗率異方性は何か？また、温度依存性はあるか？
• RQ2 SDW転移温度より上での単結晶の磁化率は、多結晶試料とどのように異なるか？
• RQ3 BaFe₂As₂ に局所的スピンの証拠は存在するか？また、それらは磁化率にどのように寄与するか？
• RQ4 磁場下で抵抗率極小値が観測される理由は何か？これは電子相関に何を示唆するか？
• RQ5 低温抵抗率は log(1/T) 発散を示すか？これは電子状態にどのような含意をもたらすか？

主な発見

• 抵抗率異方性（ρc/ρab）は約150に達し、温度依存性を示さないため、強い電子的異方性を示す。
• ab面およびc軸に沿った輸送挙動は、同一の散乱機構に従うため、共通の散乱起源を示唆する。
• SDW転移温度より上でも、単結晶ではキュリー・ワイス則の振るまいを観測しないが、多結晶試料とは対照的である。
• SDW転移温度より上でも、磁化率は線形T依存性を示し、反強磁性クロムに類似している。
• 磁気応答は、局所的スピンの存在を明確に示しており、拡散電子による寄与とは明確に区別される。
• 磁場依存の強い抵抗率極小値が観測され、磁場調整による電子相関を示唆する。
• 低温で抵抗率に log(1/T) 発散が観測され、ドーパント不足の銅酸化物に類似した挙動の特徴である。