[論文レビュー] Intergrain effects in the AC susceptibility of polycrystalline LaFeAsO_{0.94}F_{0.06}: comparison with cuprate superconductors

Gaetano Bonsignore, A. Agliolo Gallitto M. Li Vigni+4 more|arXiv (Cornell University)|May 21, 2010

Iron-based superconductors research被引用数 24

ひとこと要約

本研究では、零の直流磁場下で、温度、交流磁場振幅（0.003–4 Oe）、周波数（10–100 kHz）を変化させたAC磁化率測定を用いて、多結晶性LaFeAsO₀.₉₄F₀.₀₆における粒界効果を調査した。χ(T)における二段階遷移は、結晶粒と粒間の応答が明確に分かれていることを示し、粒間のマイスラー効果はH_acおよびfに強く依存する。主な発見は、粒間臨界電流がジョセフソンカップリングによるものであり、ジョセフソンストロームのピンニングによるものではないことである。これはフラックスフロー臨界状態モデルとの整合性から裏付けられている。

ABSTRACT

The AC susceptibility at zero DC magnetic field of a polycrystalline sample of LaFeAsO_{0.94}F_{0.06} (T_c = 24 K) has been investigated as a function of the temperature, the amplitude of the AC magnetic field (in the range Hac = 0.003 - 4 Oe) and the frequency (in the range f = 10 kHz - 100 kHz). The temperature dependence of the AC susceptibility exhibits the typical two-step transition arising from the combined response of superconduncting grains and intergranular weak-coupled medium. The intergranular part of the susceptibility strongly depends on both the amplitude and the frequency of the AC driving field, from few Kelvin below T_c down to T = 4.2 K. Our results show that, in the investigated sample, the intergrain critical current is not determined by pinning of Josephson vortices but by Josephson critical current across neighboring grains.

研究の動機と目的

• AC磁化率を用いて、多結晶性LaFeAsO₀.₉₄F₀.₀₆における粒間超伝導挙動を調査すること。
• 鉄系オキシヒ hydride系超伝導体における粒間臨界電流が、ジョセフソンカップリングか、ジョセフソンストロームのピンニングかによって制限されているかを特定すること。
• この鉄系超伝導体の電磁気的応答をカルピネート系超伝導体と比較すること。
• AC磁化率の周波数および振幅依存性を分析し、粒間領域におけるフラックスダイナミクスを同定すること。

提案手法

• AC磁化率χ = χ′ + iχ′′を、零の直流磁場下で、温度（4.2–30 K）、交流磁場振幅（0.003–4 Oe）、周波数（10–100 kHz）の範囲で測定した。
• 実部と虚部を分離するために、相互インダクタンス磁化率計とロックイン検出器を用いて測定を行った。
• AFM分析により、微細な粒子状マトリックス中にミクロンオーダーの結晶粒が埋め込まれていることが判明し、試料の不均一性が示された。
• フラックスフロー臨界状態モデル（FFCS）に基づくモデルを適用し、粒間シールドがジョセフソン臨界電流によって制限されていると仮定した。
• χ′(H_ac)の磁場飽和挙動から、粒間体積分率を約15%と推定した。
• 理論的χ_m(H_ac)曲線を反復計算により算出し、J_c = 1×10⁴ A/m²を一定と仮定して、実験結果と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 多結晶性LaFeAsO₀.₉₄F₀.₀₆におけるAC磁化率の二段階遷移の原因は何ですか？
• RQ2 粒間臨界電流密度は、交流磁場振幅および周波数にどのように依存しますか？
• RQ3 粒間応答は、ジョセフソンカップリングか、ジョセフソンストロームのピンニングによって支配されていますか？
• RQ4 この鉄系超伝導体の電磁気的応答は、カルピネート系超伝導体とどのように異なりますか？
• RQ5 シールドに寄与する超伝導結晶粒の有効体積分率はどのくらいですか？

主な発見

• χ(T)曲線は、超伝導結晶粒と粒間弱結合媒体の応答が明確に分かれているため、二段階遷移を示す。
• 粒間シールドはH_acの増加とともに減少し、特にT_c未満では周波数依存性が顕著である。
• シールドに寄与する粒間体積分率は、全試料体積の約15%と推定された。
• 10 kHzにおけるχ(H_ac)曲線は、フラックスフロー臨界状態モデルの低周波数極限と整合的であり、臨界状態行動を示している。
• 100 kHzにおけるχ(H_ac)曲線は、同モデルの高周波数フラックスフロー領域と一致しており、動的応答が確認された。
• 結果は、粒間臨界電流が結晶粒界を越えるジョセフソン臨界電流によって制限されており、ストロームのピンニングによるものではないことを強く示唆している。