[論文レビュー] Narrow superconductivity window and Kondo-like behavior in Ni-doped LaFeAsO

Guang‐Han Cao, Shuai Jiang+5 more|arXiv (Cornell University)|Jul 27, 2008

Iron-based superconductors research被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、LaFeAsOにおけるNiドーピングの影響を調査し、x = 0.03 から 0.06 の間で狭い超伝導領域が存在し、x = 0.04 で最大Tc = 6.5 K を示すことが明らかになった。磁化率の増大とパウリ限界を超過するTcは、強い電子相関とコンドン型の挙動を示唆しており、Fドーピング系とは対照的である。

ABSTRACT

We have studied Ni-substitution effect in LaFe$_{1-x}$Ni$_{x}$AsO ($0\leq x \leq0.1$) by the measurements of x-ray diffraction, electrical resistivity, magnetic susceptibility, and heat capacity. The nickel doping drastically suppresses the resistivity anomaly associated with spin-density-wave ordering in the parent compound. Superconductivity emerges in a narrow region of $0.03\leq x \leq0.06$ with the maximum $T_c$ of 6.5 K at $x$=0.04, where enhanced magnetic susceptibility shows up. The upper critical field at zero temperature is estimated to exceed the Pauli paramagnetic limit. The much lowered $T_c$ in comparison with LaFeAsO$_{1-x}$F$_{x}$ system is discussed.

研究の動機と目的

• LaFeAsOにおけるNi置換が構造的・電子的・超伝導的性質に与える影響を調査すること。
• Fドーピング系と比較して、超伝導領域が狭くTcが抑制されている理由を理解すること。
• 磁化率と電子的応答を用いて、コンドン型の挙動の出現を解明すること。

提案手法

• X線回折を用いて、Niドーピング（x = 0–0.1）に伴う構造的変化を分析する。
• 電気抵抗測定を用いて、スピン密度波秩序の抑制を追跡する。
• 磁化率測定を用いて、強化されたパラ磁性応答と超伝導転移を検出する。
• 比熱測定を用いて、超伝導転移の確認と上臨界磁場の推定を行う。
• 上臨界磁場を絶対零度に外挿することで、パウリ限界からの逸脱を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Niドーピングは、母体のLaFeAsOにおけるスピン密度波秩序にどのように影響するか？
• RQ2 超伝導が出現するNi濃度の範囲は何か？ また、その最大Tcは何か？
• RQ3 なぜNiドーピングLaFeAsOにおけるTcは、Fドーピング系と比べて顕著に低いのか？
• RQ4 コンドン型の挙動を示す証拠は何か？
• RQ5 上臨界磁場はパウリパラ磁性限界を超えており、これは何を示唆するのか？

主な発見

• Niドーピングは、母体化合物におけるスピン密度波秩序に起因する抵抗率の異常を抑制する。
• 超伝導は、0.03 ≤ x ≤ 0.06 の狭いドーピング範囲でのみ出現し、x = 0.04 でTcが最大の6.5 Kに達する。
• x = 0.04 で磁化率の増大が観測され、強い電子相関効果を示唆する。
• 絶対零度に外挿された上臨界磁場は、パウリパラ磁性限界を超過しており、非単純な対称性のペアリングを示唆する。
• NiドーピングLaFeAsOにおける最大Tcは、Fドーピング系と比べ顕著に低く、超伝導ペアリングが弱いことを示唆する。
• 強化された磁化率と高い上臨界磁場の共存は、コンドン型の挙動の存在を支持する。