[論文レビュー] Phase separation in superconducting and antiferromagnetic Rb0.8Fe1.6Se2 probed by Mössbauer spectroscopy

Vadim Ksenofontov, G. Wortmann+5 more|arXiv (Cornell University)|Aug 15, 2011

Iron-based superconductors research参考文献 5被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、57Fe-Mössbauer分光法を用いて、超伝導性Rb0.8Fe1.6Se2における相分離を調査し、√5×√5超構造を有する16i配位に88%の磁性Fe2+が存在し、12%の非磁性Fe2+がナノスケールの相に存在することを明らかにした。結果はc軸方向の磁場整列によって反強磁性秩序を確認し、鉄族 chalcogenides における超伝導性と磁性の共存をナノスケールの相分離を通じて直接的証明した。

ABSTRACT

57Fe-Mössbauer studies of superconducting Rb0.8Fe1.6Se2.0 with TC = 32.4 K were performed on single-crystalline and polycrystalline samples in the temperature range 4.2 K to 295 K. They reveal the presence of 88% magnetic and 12% non-magnetic Fe2+ species with the same polarization dependence of their hyperfine spectra. The magnetic species are attributed to the 16i sites of the \surd5 x \surd5 x 1 superstructure, and non-magnetic species to a nano-sized phase postulated from recent studies of superconducting KxFe2-ySe2 systems. The 57Fe-spectrum of a single-crystalline sample in an external field of 50 kOe applied parallel to the crystallographic c-axis confirms the antiferromagnetic order between fourfold ferromagnetic Fe(16i) supermoments. The results are discussed with respect to the coexistence of superconductivity and magnetism as well as nano-scale phase separation in AxFe2-ySe2 systems.

研究の動機と目的

• 57Fe-Mössbauer分光法を用いて、超伝導性Rb0.8Fe1.6Se2におけるFeサイトの電子的・磁気的状態を調査すること。
• この系における磁性および非磁性Fe種の起源とその構造的割り当てを特定すること。
• ナノスケールの相分離を伴う鉄系超伝導体における超伝導性と反強磁性秩序の共存を明確にすること。
• 単結晶を用いた外部磁場測定により、磁気構造およびスピン整列を確認すること。

提案手法

• 4.2–295 Kの温度範囲で、単結晶および多結晶Rb0.8Fe1.6Se2試料に対して57Fe-Mössbauer分光法を実施した。
• イソトロープ効果シフトおよび四極子分裂に基づき、磁性および非磁性Fe2+種を分離して解析した。
• 結晶学的c軸に沿って50 kOeの外部磁場を印加し、磁気秩序および磁気モーメント整列を調べた。
• 対称性および分光的特徴に基づき、磁性Fe2+を√5×√5×1超構造の16i配位に割り当てた。
• 非磁性Fe2+は、KxFe2-ySe2系に関する先行研究と整合的であり、ナノスケールの相に起因すると特定した。
• 偏光依存性分光解析を用いて、磁気構造およびスーパー磁気モーメントの整列を確認した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Rb0.8Fe1.6Se2における磁性および非磁性Fe2+種の起源と分布は何か？
• RQ2 16i配位に存在するFe2+の磁気構造は、観察された反強磁性秩序とどのように関係しているか？
• RQ3 この超伝導性鉄族 chalcogenide におけるナノスケールの相分離の証拠は何か？
• RQ4 c軸に沿った外部磁場の印加がMössbauer分光スペクトルに与える影響は何か？また、磁気秩序の確認にどのように寄与するか？
• RQ5 観察された磁性および非磁性相が、AxFe2-ySe2系において超伝導性と共存する程度はどの程度か？

主な発見

• 88%のFe2+イオンは磁性であり、√5×√5×1超構造の16i配位に位置し、明確な微細分裂を示した。
• 12%のFe2+イオンは非磁性であり、超構造のFe配位とは異なるナノスケールの相に起因するとされた。
• 磁性微細分裂スペクトルは、四重のフェロ磁性的Fe(16i)スーパー磁気モーメントが反強磁性配置で反平行に整列していることと整合的である。
• c軸に沿って50 kOeの磁場を印加したことで、Fe(16i)部分格子における長距離反強磁性秩序の存在が確認された。
• 結果は、Rb0.8Fe1.6Se2における超伝導相と反強磁性相のナノスケールの相分離を伴う共存モデルを支持する。
• 超伝導転移温度Tc = 32.4 Kの超伝導性と磁性の共存は、Fe2+種の空間的分離が磁性相と非磁性相に分かれていることによって説明できる。