[論文レビュー] New Iron-based oxyarsenides Sr4M2Fe2As2O6(M = Sc, Cr)

Hiraku Ogino, Yukari Katsura+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 30, 2009

Iron-based superconductors research参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、スチルビウムとクロムを置換元素として用いた新しい鉄酸ヒ素化物 Sr4M2Fe2As2O6 (M = Sc, Cr) の合成と特性評価を報告する。これらの化合物は、反フッ化物型のFeAs層とペロブスカイト型の遮断層を有するテトラゴナル P4/nmm 構造をとる。化合物は鉄系酸ヒ素化物の中で最も長いFe-Fe層間隔（15.8 Å）を示し、超伝導性の欠如は、ドーピングされていないREFeAsO系と同様にキャリア濃度が不十分なことによるものとされる。

ABSTRACT

We have discovered new layered oxyarsenides (Fe2As2)(Sr4M2O6) (M = Sc, Cr: M-22426). These materials are isostructural with (Fe2P2)(Sr4Sc2O6), which was found in our previous study. The new compounds are tetragonal with a space group of P4/nmm and consist of the anti-fluorite type FeAs layer and perovskite-type blocking layer. The lattice constants are a = 4.050 A, c = 15.809 A for M = Sc and a = 3.918 A, c = 15.683 A for M = Cr. These compounds have long interlayer Fe-Fe distances corresponding to the c-axis length, the 15.8 A in Sc-22426 is the longest in the iron-based oxypnictide systems. Chemical flexibility of the perovskite block in this system was probed by chromium containing (Fe2As2)(Sr4Cr2O6). Different trends were found in bond angle and bond length of the new oxypnictides compared to the reported systems, such as REFePnO. Absence of superconductivity in these compounds is considered to be due to insufficient carrier concentration as in the case of undoped REFeAsO.

研究の動機と目的

• 希土類元素を遷移金属に置換することで、構造的柔軟性が向上した鉄系酸ヒ素化物系の探索。
• FeAs層およびペロブスカイト型遮断層を有する層状酸ヒ素化物の構造的および電子的性質の調査。
• これらの材料における超伝導性の抑制に果たすキャリア濃度の役割の特定。
• REFePnO系と比較して、新規酸ヒ素化物における結合角および結合長の傾向の調査。

提案手法

• 制御された条件下での固体反応法を用いた Sr4M2Fe2As2O6 (M = Sc, Cr) の合成。
• X線回折を用いた結晶構造の定性と格子定数の測定による構造的特徴の同定。
• 結晶構造解析を通じて反フッ化物型FeAs層およびペロブスカイト型遮断層の同定。
• 新規化合物とREFePnO系との間の結合角および結合長の比較。
• 超伝導転移温度およびキャリア濃度の評価を通じた電子的挙動の評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Sr4M2Fe2As2O6 (M = Sc, Cr) の結晶構造および格子定数は何か？ また、既知の酸ヒ素化物と比較してどのように異なるか？
• RQ2 ペロブスカイトブロックへのCrの導入が、化合物の構造的および電子的性質にどのように影響を与えるか？
• RQ3 FeAs層が存在するにもかかわらず、これらの酸ヒ素化物に超伝導性が見られないのはなぜか？
• RQ4 Sr4M2Fe2As2O6 における結合角および結合長は、REFePnO系とどのように異なるか？
• RQ5 鉄系酸ヒ素化物における電子的性質を決定づける要因として、層間Fe-Fe距離が果たす役割は何か？

主な発見

• Sr4M2Fe2As2O6 (M = Sc, Cr) 化合物は空間群 P4/nmm のテトラゴナル構造に結晶化する。
• M = Sc の場合、格子定数は a = 4.050 Å、c = 15.809 Å であり、M = Cr の場合、a = 3.918 Å、c = 15.683 Å である。
• Sc含有化合物におけるFe-Fe層間隔（15.8 Å）は、鉄系酸ヒ素化物系で観測された最長の値である。
• 化合物は反フッ化物型のFeAs層とペロブスカイト型の遮断層を有する。
• Crの構造内への効果的な導入により、ペロブスカイトブロックにおける化学的柔軟性が示された。
• 超伝導性の欠如は、ドーピングされていないREFeAsO系と同様にキャリア濃度が不十分なことによるものとされる。