[論文レビュー] L4Fe2As2Te1-xO4-yFy (L = Pr, Sm, Gd): a layered oxypnictide superconductor with Tc up to 45 K

S. Katrych, A. Pisoni+6 more|arXiv (Cornell University)|Nov 21, 2013

Iron-based superconductors research被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、立方体アニュイル法を用いた高圧下で成長された新しい層状酸化ヒ素化物超伝導体、L4Fe2As2Te1−xO4−yFy (L = Pr, Sm, Gd) の合成と特性評価を報告する。フルオリンドーピングにより、臨界転移温度 (Tc) が最大45 Kに達する。磁気トルク測定により、London浸透深度に顕著な異方性（約31）が示唆されている。

ABSTRACT

The synthesis, structural and physical properties of iron lanthanide oxypnictide superconductors, L4Fe2As2Te1-xO4 (L = Pr, Sm, Gd), with transition temperature at ~ 25 K are reported. Single crystals have been grown at high pressure using cubic anvil technique. The crystal structure consists of layers of L2O2 tetrahedra separated by alternating layers of chains of Te and of Fe2As2 tetrahedra: -L2O2-Te-L2O2-Fe2As2-L2O2-Te-L2O2- (space group: I4/mmm, a ~ 4.0, c ~ 29.6 Å). Substitution of oxygen by fluorine increases the critical temperature, e.g. in Gd4Fe2As2Te1-xOyF4-y up to 45 K. Magnetic torque measurements reveal an anisotropy of the penetration depths of ~31.

研究の動機と目的

• 化学置換を用いてTcを向上させた新しい鉄系酸化ヒ素化物超伝導体の探索。
• 高圧条件下におけるL4Fe2As2Te1−xO4−yFy (L = Pr, Sm, Gd) の構造的および超伝導的性質の調査。
• フルオリンドーピングがTcの向上および電子的異方性の変化に与える役割の理解。
• 新しい超伝導相における結晶構造および層状配列の特定。

提案手法

• L4Fe2As2Te1−xO4−yFyの単結晶は、立方体アニュイル高圧法を用いて合成された。
• X線回折を用いて結晶構造を同定した。I4/mmm空間群に属し、L2O2、Te、およびFe2As2の層が交互に配置されていることが判明した。
• 超伝導転移温度 (Tc) を調整するために、酸素に対するフルオリン置換を体系的に変化させた。
• London浸透深度の異方性を調査するために、磁気トルク測定が用いられた。
• 構造的および超伝導的性質を関連付けることで、最大Tcを達成する最適なドーピングレベルを同定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 新しいL4Fe2As2Te1−xO4−yFy酸化ヒ素化物超伝導体の結晶構造は何か？
• RQ2 フルオリンドーピングは、この系における超伝導転移温度 (Tc) にどのように影響するか？
• RQ3 この層状材料における超伝導浸透深度の異方性度はどの程度か？
• RQ4 高圧合成は、この新しい酸化ヒ素化物相の高品質な単結晶を生成可能か？
• RQ5 Pr、Sm、Gdを用いたL = Pr, Sm, Gdのバリエーションにおいて、Tcおよび構造的安定性の観点から物理的性質はどのように異なるか？

主な発見

• L4Fe2As2Te1−xO4−yFy (L = Pr, Sm, Gd) の結晶構造は、L2O2、Te、およびFe2As2の層が交互に配置されたものであり、正方晶のI4/mmm対称性を示し、格子定数はa ~ 4.0 Å、c ~ 29.6 Åである。
• ドーピングされていないL4Fe2As2Te1−xO4化合物は、Tcが約25 Kである。
• Gd4Fe2As2Te1−xOyF4−yにおけるフルオリンドーピングにより、Tcが最大45 Kまで上昇し、超伝導性の顕著な強化が示された。
• 磁気トルク測定により、London浸透深度の異方性が約31に達することが判明し、強い異方的超伝導挙動が示唆された。
• 立方体アニュイル法による高圧単結晶成長により、相純度が高く、詳細な物理的特性評価に適した高品質なサンプルが実際に得られた。
• Fe2As2とTeの層がL2O2ブロックで隔てられた層状構造が、超伝導相の安定化に寄与しており、フルオリン置換により電子ドーピングが強化され、Tcが上昇した。