[論文レビュー] Novel Superconductivity and Phase Diagram in the Iron-based Arsenic-oxides ReFeAsO1-delta (Re = rare earth metal) without F-Doping

Zhi‐An Ren, Guangcan Che+9 more|arXiv (Cornell University)|Apr 16, 2008

Iron-based superconductors research被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、フッ素ドーピングを施さずに高圧下で合成されたReFeAsO1−δ系（Re = Sm, Nd, Pr, Ce, La）に、新しい鉄ヒ素酸化物超伝導体のクラスが報告された。超伝導転移温度（Tc）は、希土類カチオンのサイズが小さくなるにつれて上昇し、SmFeAsO1−δで最大55 Kに達した。NdFeAsO1−δでは酸素含有量を変化させた際、ドーム型のTc相図が観察された。

ABSTRACT

Here we report a new class of superconductors prepared by high pressure synthesis in the quaternary family ReFeAsO1-delta (Re = Sm, Nd, Pr, Ce, La) without fluorine doping. The onset superconducting critical temperature (Tc) in these compounds increases with the reduction of Re atom size, and the highest Tc obtained so far is 55 K in SmFeAsO1-delta. For the NdFeAsO1-delta system with different oxygen concentration a dome-shaped phase diagram was found.

研究の動機と目的

• 通常1111型系で用いられるフッ素ドーピングを用いない新しい鉄基超伝導体の発見を目的とする。
• ReFeAsO1−δ化合物における希土類カチオンサイズが超伝導転移温度（Tc）に与える影響を調査することを目的とする。
• NdFeAsO1−δ系における酸素非化学 stoichiometry が超伝導特性に与える影響を調査することを目的とする。
• NdFeAsO1−δにおける酸素含有量を関数とするTcの相図を構築することを目的とする。

提案手法

• フッ素ドーピングなしにReFeAsO1−δ相を安定化させるために、高圧固体状態合成法が用いられた。
• 希土類元素（Re = Sm, Nd, Pr, Ce, La）を系統的に変化させることで、イオン半径の影響がTcに与える影響を調査した。
• NdFeAsO1−δにおいて、制御された酸素非化学 stoichiometry を実現し、ホールドーピングレベルを調整した。
• 電気的抵抗率および磁化率測定法を用いて、超伝導転移温度を測定した。
• 抵抗率および磁化データから抽出したTc値を基に、異なる酸素濃度における相図の構築が行われた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Fを含まないReFeAsO1−δ超伝導体で達成可能な最大Tcは何か。また、希土類カチオンサイズに応じてどのように変化するか。
• RQ2 NdFeAsO1−δにおける酸素非化学 stoichiometry は、超伝導転移温度にどのように影響するか。
• RQ3 他の鉄基超伝導体と同様に、酸素含有量を変化させたNdFeAsO1−δでドーム型のTc相図が出現するか。
• RQ4 高圧合成は、フッ素ドーピングなしにReFeAsO1−δにおける超伝導相を安定化させることができるか。

主な発見

• Fを含まない系で報告された最高の超伝導転移温度（Tc）55 Kが、SmFeAsO1−δで達成された。
• Tcは希土類カチオンのイオン半径が小さくなるにつれて系統的に上昇し、カチオンサイズと超伝導性能の強い相関があることが示された。
• NdFeAsO1−δでは、酸素含有量とTcの間にドーム型の相図が観察され、中程度の酸素欠損が最適な超伝導性を示した。
• フッ素ドーピングがなくても高いTcが達成可能であり、Fを含まない鉄基酸化ヒ素化物が強力な超伝導性を示す可能性があることが示された。