[論文レビュー] Phase diagram and oxygen annealing effect of FeTe1-xSex iron-based superconductor

Yuki Kawasaki, K. Deguchi+7 more|arXiv (Cornell University)|Nov 28, 2011

Iron-based superconductors research参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、磁化率測定を用いてFeTe1-xSe鉄ベース超伝導体の相図をマッピングし、酸素アニールがx ≥ 0.1でボリューム超伝導を誘発することを明らかにした。これは、成長したままの試料と比較して、超伝導転移の閾値を顕著に低下させる。酸素ドーピングは反強磁性秩序を抑制し、超伝導のコherentlyを高め、酸素が超伝導状態の安定化に果たす重要な役割を示している。

ABSTRACT

Phase diagrams of as-grown and O2-annealed FeTe1-xSex determined from magnetic susceptibility measurement were obtained. For as-grown samples, the antiferromagnetic order was fully suppressed in the range region x \geq 0.15, and weak superconductivity appeared when x \geq 0.1. Beginning at x = 0.5, weak superconductivity was found to evolve into bulk superconductivity. Interestingly, for O2-annealed samples, complete suppression of magnetic order and the occurrence of bulk superconductivity were observed when x \geq 0.1. We found that O2-annealing induces bulk superconductivity for FeTe1-xSex. Oxygen probably plays a key role in the suppression of the magnetic order and the appearance of bulk superconductivity.

研究の動機と目的

• FeTe1-xSeの磁性および超伝導相境界を、磁化率測定によって特定すること。
• 酸素アニールがFeTe1-xSeの超伝導および磁性特性に与える影響を調査すること。
• 酸素が反強磁性秩序を抑制し、超伝導性を強化するメカニズムを明確にすること。
• 成長した試料と比較して、O2アニール処理を施したFeTe1-xSeの再構築された相図を確立すること。

提案手法

• 磁化率測定を、さまざまなx（Se含有量）を有する成長したままの試料およびO2アニール処理を施したFeTe1-xSe試料で実施した。
• 温度依存の磁化率曲線の解析により、相転移を同定した。
• 酸素含有量を変更するために、酸素雰囲気下で高温でアニール処理を施した。
• 超伝導転移の開始と反強磁性秩序の抑制を検出することで、相境界をマッピングした。
• データを用いて、成長した試料とO2アニール処理試料の比較的相図を構築した。
• 超伝導転移温度および磁性秩序温度のシフトから、酸素の役割を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 酸素アニールは、FeTe1-xSeにおける超伝導転移温度および磁性秩序にどのように影響するか？
• RQ2 O2アニール処理を施したFeTe1-xSeでボリューム超伝導が出現する臨界セレン含有量（x）は何か？
• RQ3 O2アニール処理を施したFeTe1-xSeの相図は、成長した試料とどのように異なるか？
• RQ4 酸素は反強磁性秩序を抑制し、超伝導性を安定化させる役割を果たすのか？
• RQ5 酸素ドーピングは、FeTe1-xSeにおけるボリューム超伝導の閾値を低下させ得るか？

主な発見

• 成長したままのFeTe1-xSeでは、x ≥ 0.15で反強磁性秩序が完全に抑制され、x ≥ 0.1で弱い超伝導が観察される。
• 成長した試料では、x ≥ 0.5でボリューム超伝導が出現し、マクロな超伝導コherencyの閾値を示している。
• O2アニール処理後、x ≥ 0.1でボリューム超伝導が達成され、Se含有量の必要量が顕著に低下した。
• 酸素アニールにより、x ≥ 0.1で反強磁性秩序が完全に抑制され、磁性フラクチュエーションの抑制が顕著になった。
• 結果から、酸素ドーピングが競合する磁性秩序を抑制することで、超伝導状態の安定化に重要な役割を果たしていることが示唆された。
• 再構築された相図は、O2アニール処理試料が成長した試料よりも広い組成範囲でボリューム超伝導を示すことを示している。