[論文レビュー] Magnetic measurements and 57Fe Mossbauer spectroscopy in oxygen deficient SmFeAsO0.85

I. Felner, I. Nowik+5 more|ArXiv.org|May 19, 2008

Iron-based superconductors research被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、磁気測定および57Feモースバウアー分光法を用いて酸素欠損を示すSmFeAsO0.85（Tc = 52.4 K）を調査し、微視的に超伝導性と磁性が共存することを明らかにした。モースバウアー分光法における二重線成分（酸素バケーションに近いFeサイトに起因）は、Tc未満で磁性セクステットを示し、FeAs層内の磁性が超伝導性と共存していることを示しており、77 Kで二次的なFeAs相の長距離磁性秩序が生じる可能性がある。

ABSTRACT

Magnetic measurements and 57Fe Mossbauer spectroscopy studies were performed on oxygen- deficient high temperature superconductor SmFeAsO0.85 with TC=52.4 K. The upper-critical behavior (HC2) values were extracted from the real part of ac measurements. The field dependence of HC2 is consistent with a two band model. Mössbauer spectra below and above TC consist of a singlet and a doublet, which are attributed to Fe ions which have two or one oxygen ions in their close vicinity, respectively. No change is observed in the major (~75%) singlet related to Fe ions surrounded by two oxygen ions. On the other hand, the doublet which senses oxygen vacancies shows a well defined magnetic sextet below TC. This indicates coexistence on a microscopic level of the two mutually exclusive states namely: superconductivity which is confined to the Fe-As layers and magnetism, in the same layers. Alternatively, the hyperfine parameters of the doublet are similar to the reported values of FeAs which orders magnetically at 77 K. Thus the magnetic features observed below TC, may be related to FeAs as an extra phase.

研究の動機と目的

• 酸素欠損を示す希土類鉄酸ヒ化物SmFeAsO0.85における超伝導性と磁性の相乗的相互作用を調査すること。
• 57Feモースバウアー分光法を用いてFeイオンの局所的電子的および磁気的環境を特定すること。
• 磁性秩序がFeAs層に内在するものか、それとも二次的FeAs相に起因するものかを解明すること。
• 上臨界磁場（HC2）の挙動を抽出し、二バンド超伝導モデルとの整合性を評価すること。

提案手法

• 上臨界磁場（HC2）を交流磁化率の実部から抽出するために、交流磁気測定が用いられた。
• 超伝導転移温度（Tc = 52.4 K）未満および超過で57Feモースバウアー分光法が実施された。
• 分光スペクトルは、二酸化物イオンを2つと1つ有するFeイオンに割り当てられる単重線（75%強度）および二重線に分解された。
• Tc未満における二重線成分の磁気的挙動を分析し、磁性秩序の存在を特定した。
• 二重線のハイパーフィールドパラメータを、77 Kで磁性秩序を示す既知のFeAsの値と比較した。
• HC2の磁場依存性を解釈するために二バンドモデルが適用され、観測データと整合的であった。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SmFeAsO0.85における酸素バケーションの存在が、超伝導性と共存する局所的磁性状態を引き起こすか？
• RQ2 Tc未満で二重線成分に対して観察された磁性セクステットの起源は何か？
• RQ3 二重線領域で観察された磁性挙動は、FeAs層の内在的磁性由来か、それとも二次的FeAs相由来か？
• RQ4 SmFeAsO0.85におけるHC2の磁場依存性は、二バンド超伝導モデルの予測とどのように一致するか？
• RQ5 二重線のハイパーフィールドパラメータは、77 Kで磁性秩序を示すバルクFeAsのものと整合的か？

主な発見

• 酸素バケーションに近いFeイオンに起因するとされるモースバウアー分光法における二重線成分は、Tc未満で明確な磁性セクステットを示し、局所的磁性秩序が存在することを示している。
• 二酸化物イオンを2つ有するFeイオンに起因するとされる単重線成分は、Tcを越えて変化を示さず、磁性または超伝導転移に関与していないことを示している。
• 二重線のハイパーフィールドパラメータは、77 Kで磁性秩序を示すFeAsで報告された値と整合的であり、二次的FeAs相の存在を示唆している。
• HC2の磁場依存性は、二バンド超伝導モデルにより良好に記述され、SmFeAsO0.85における多バンドペアリングを支持している。
• Tcを越えて主要な単重線成分に構造的または電子的相転移の兆候は認められず、超伝導性がこのFeサイト環境の変化によって駆動されていないことを示している。
• 超伝導性と磁性の共存は微視的レベルで観察され、磁性はFe-As層に限定され、超伝導性も同様の層に存在するため、これらの競合的秩序の間で複雑な相互作用が生じていることが示唆される。