[論文レビュー] Reply to comment by T. Terashima et al. on "Quantum criticality and nodal superconductivity in the FeAs-based superconductor KFe$_2$As$_2$"

J. K. Dong, Shaojie Zhou+8 more|arXiv (Cornell University)|May 20, 2010

Iron-based superconductors research被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、抵抗率およびde Haas-van Alphen（dHvA）測定に基づき、KFe2As2における場誘起量子臨界点（QCP）の再評価を行う。より高品質な単結晶（S2）を用い、抵抗転移が狭いことから、H_{c2}（起動） = 3 Tにおける非フェルミ液体的挙動（$ρ ∼ T^{1.5}$）はQCPではなく、サンプルの不均一性に起因する誤認であることが示された。真のQCP（もしあるならば）は、dHvAデータおよび比熱などのバルク測定によって確認されるべき、バルクH_{c2} ≈ 1.25 Tに位置すると考えられる。

ABSTRACT

Reply to comment by T. Terashima et al. on "Quantum criticality and nodal superconductivity in the FeAs-based superconductor KFe$_2$As$_2$"

研究の動機と目的

• KFe2As2における抵抗率とdHvA測定に基づく量子臨界定在の矛盾する解釈を解消すること。
• 著者らが報告したH_{c2}（起動） = 5 Tと、TerashimaらのH_{c2} = 1.25 Tとの乖離を解明すること。
• H_{c2}（起動）における非フェルミ液体的抵抗率（$\rho \sim T^{1.5}$）が量子臨界点を示すかどうかを検証すること。
• 高品質単結晶を用いて、サンプルの不均一性がH_{c2}（起動）をQCPとして誤認する原因となることを実証すること。
• FeAs系超伝導体における場誘起QCPの確認には、比熱などのバルク測定が不可欠であることを主張すること。

提案手法

• 抵抗転移幅が狭い（0.32 K）高品質なKFe2As2単結晶（S2）の調製。これは以前のサンプル（S1、1.35 K）と比較して不均一性が低減されたものである。
• 零磁場および外部磁場下での低温抵抗率$ρ(T)$の測定により、$T^{1.5}$および$T^2$に依存する挙動を特定する。
• $\rho(T) = \rho_0 + AT^{1.5}$および$\rho(T) = \rho_0 + AT^2$のフィットを用いて係数$A$を抽出し、非フェルミ液体的挙動とフェルミ液体的挙動を評価する。
• 抵抗転移の起動点から得られる$H_{c2}$（起動）と、dHvA振動および比熱から得られるバルク$H_{c2}$を比較する。
• $A$の磁場依存性の分析により、有効質量の再規格化およびQCP挙動との整合性を評価する。
• CeCoIn5を参照系として用い、不均一性がバルク$H_{c2}$に真のQCPがあるにもかかわらず、$H_{c2}$（起動）で誤った非フェルミ液体的抵抗率が生じることをモデル化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 KFe2As2におけるH_{c2}（起動） = 5 Tにおける非フェルミ液体的抵抗率$\rho \sim T^{1.5}$は、量子臨界点を示唆するか？
• RQ2 著者らのH_{c2}（起動） = 5 Tと、TerashimaらのH_{c2} = 1.25 Tとの大きな乖離の理由は何か？
• RQ3 サンプルの不均一性が抵抗転移の起動点を量子臨界点として誤認する原因となるか？
• RQ4 KFe2As2における真の量子臨界点は、CeCoIn5と同様にバルク$H_{c2}$に位置するか？
• RQ5 5 T近辺で観測されたdHvA振動は、$H_{c2} \approx 1.25$ Tに位置するQCPと調和するか？

主な発見

• 新規サンプルS2の抵抗転移幅は0.32 Kであり、S1の1.35 Kと比較して著しく狭く、均一性の向上を示している。
• S2は零磁場下で$T_c$（起動）から11 Kまでの範囲で$\rho(T) \sim T^{1.5}$を示し、高品質なサンプルにおける非フェルミ液体的挙動を確認した。
• S2の$H_{c2}$（起動）は5 Tで報告されたS1と比較して3 Tに著しく低く、$H_{c2}$（起動）がサンプルの品質に敏感であることを示している。
• S2における$\rho(T) = \rho_0 + AT^2$の係数$A$は、S1と比較して磁場依存性が遅やかであり、より均一な系であることに一致する。
• H_{c2}$（起動）における非フェルミ液体的$\rho \sim T^{1.5}$は、量子臨界定在の兆候ではなく、CeCoIn5との比較によって確認された不均一性に起因する誤認である。
• 真の量子臨界点（もしあるならば）は、$H_{c2}$（起動）ではなくバルク$H_{c2} \approx 1.25$ Tに位置すると考えられ、比熱などのバルク測定によって確認が必要である。