[論文レビュー] NMR evidence for inhomogeneous nematic fluctuations in BaFe$_2$(As$_{1-x}$P$_x$)$_2$

A. P. Dioguardi, T. Kissikov+8 more|arXiv (Cornell University)|Oct 5, 2015

Magnetic and transport properties of perovskites and related materials被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、Pドープ BaFe2(As1-xPx)2 における不均一なネマチック揺らぎの直接的NMR的証拠を提供し、砒素核スピンの四極子揺らぎが磁気揺らぎを超えてスピン・ラティス緩和に寄与することを示している。Ts におけるストレッチド・エキポネンシャルな緩和および T1−1 の増大は、ガラス的ネマチック動態を示しており、鉄系超伝導体における普遍的なネマチック揺らぎを示唆している。

ABSTRACT

We present evidence for nuclear spin-lattice relaxation driven by glassy nematic fluctuations in isovalent P-doped BaFe$_2$As$_2$ single crystals. Both the $^{75}$As and $^{31}$P sites exhibit stretched-exponential relaxation similar to the electron-doped systems. By comparing the hyperfine fields and the relaxation rates at these sites we find that the As relaxation cannot be explained solely in terms of magnetic spin fluctuations. We demonstrate that nematic fluctuations couple to the As nuclear quadrupolar moment and can explain the excess relaxation. These results suggest that glassy nematic dynamics are a universal phenomenon in the iron-based superconductors.

研究の動機と目的

• Pドープ BaFe2(As1-xPx)2 における異常なスピン・ラティス緩和の起源を、75As および 31P スペースにおけるNMRを用いて調査すること。
• ネマチック揺らぎ（磁気スピン揺らぎを超えて）が、75As スペースにおける四極子モーメントへの結合によって、緩和に寄与するかどうかを特定すること。
• CoおよびCuドープ系と比較することで、ガラス的ネマチック動態の普遍性を評価すること。
• 局所的不規則性および不均一な応力が、不均一な緩和動態を駆動する役割を検討すること。

提案手法

• x = 0.26 および x = 0.33 の BaFe2(As1-xPx)2 の単結晶を用いて、75As および 31P のNMR測定を実施した。
• スピン・ラティス緩和率 (T1−1) およびハイパーフィールドを分析し、磁気的寄与と四極子的寄与を区別した。
• 不均一な動態をモデル化するために、ストレッチド・エキポネンシャルな緩和関数を用いた。
• 75As と 31P の緩和率比 T1−1(75As)/T1−1(31P) を比較し、As の緩和に寄与するネマチック揺らぎの寄与を分離した。
• スピン揺らぎ理論および感受率スケーリングに基づく理論的モデリングを用いて、緩和行動を解釈した。
• 四極子結合がネマチック秩序に起因する局所的電場勾配 (EFG) 揺らぎを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ネマチック揺らぎは、磁気ハイパーフィールド結合を超えて、75As 核スピン・ラティス緩和に寄与するか？
• RQ2 75As と 31P の磁気ハイパーフィールドが類似しているにもかかわらず、75As の緩和率が 31P よりも高いのはなぜか？
• RQ3 Pドープ BaFe2(As1-xPx)2 における観察された不均一な緩和は、ガラス的ネマチック動態と整合的か？
• RQ4 同一価置換のPドープは、電子ドーピングやホールドーピングと比較して、ネマチック揺らぎの普遍性にどのように影響するか？
• RQ5 75As および 31P スペースにおけるストレッチド・エキポネンシャルな緩和行動の起源は何か？

主な発見

• 75As のスピン・ラティス緩和率は、構造転移温度 Ts において (T1T)−1 の最大値を示し、ネマチック揺らぎへの強い結合を示している。
• T1−1(75As)/T1−1(31P) の比は、磁気揺らぎのみによる予測を上回っており、ネマチック秩序に起因する四極子揺らぎによる寄与が顕著であることを示している。
• 75As および 31P の両サイトでストレッチド・エキポネンシャルな緩和が観察され、ガラス的ネマチック揺らぎに一致する不均一な動態を示している。
• 同一価置換のPドーピングによっても緩和行動に変化はなく、電子的フレスタション（不規則性）がガラス的動態を駆動していると考えられ、化学的不規則性ではない。
• ネマチック揺らぎは、Ts よりも高い温度域でも持続しており、テトラゴナル相における臨界揺らぎと整合的である。
• 本結果は、鉄系超伝導体におけるネマチック揺らぎの普遍的役割を支持しており、超伝導ペアリング機構への影響を示唆している。