[論文レビュー] Structural phase transition in Ba(Fe0.973Cr0.027)2As2 single crystals

S. L. Bud’ko, S. Nandi+7 more|ArXiv.org|Jun 23, 2009

Iron-based superconductors research被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、熱力学的・輸送的および単結晶X線回折測定を用いて、Ba(Fe0.973Cr0.027)2As2単結晶の構造的および電子的性質を調査した。112 K付近で一次相転移である正方晶から斜方晶への相転移が明確に示され、以前の正方晶から正方晶への相転移の主張とは矛盾するものであり、Crドーピングに対しても構造的相転移の強靭性が確認された。

ABSTRACT

We present thermodynamic, structural and transport measurements on Ba(Fe0.973Cr0.027)2As2 single crystals. All measurements reveal sharp anomalies at ~ 112 K. Single crystal x-ray diffraction identifies the structural transition as a first order, from the high-temperature tetragonal I4/mmm to the low-temperature orthorhombic Fmmm structure, in contrast to an earlier report.

研究の動機と目的

• CrドーピングされたBaFe2As2における構造的相転移の性質について、特に正方晶から正方晶への相転移の主張と矛盾する報告を解消すること。
• x = 0.027のCrドーピングが、Ba(Fe1-xCrx)2As2における構造的／磁気的相転移の本質的性質を変えるかどうかを特定すること。
• 高分解能単結晶X線回折を用いて、結晶対称性の変化に関する明確な証拠を提供すること。
• 熱力学的および輸送的挙動を評価し、相転移が一次的か二次的かを特定すること。
• 本研究と、類似したドーピングレベルで異なる相転移機構を報告した先行研究（sef09a）との間の矛盾を解明すること。

提案手法

• Ba(Fe0.973Cr0.027)2As2の単結晶は、密封された石英チューブ内でAr雰囲気下で、自己フラックス法を用いて成長させた。
• 元素組成は、20か所で波長分散型スペクトロスコピー（WDS）を用いて確認したところ、平均x = 0.027（2σ誤差±0.002）の結果が得られた。
• 温度依存性磁化率、抵抗率、ホール効果、比熱、熱膨張をMPMSおよびPPMS装置を用いて測定した。
• 単結晶X線回折は、Cu Kα放射と四角回折計を用い、25 Kから125 Kの範囲でデータを収集した。
• 斜方性歪みは、(ξξ0)スキャンにおける(1110)反射の分裂から定量され、共存相はロッキング曲線を用いて分析した。
• データ解析には、抵抗率の微分（dρ/dT）の分析と、a軸およびc軸に沿った熱膨張係数の比較が含まれた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 x = 0.027のCrドーピングが、Ba(Fe1-xCrx)2As2において正方晶から正方晶への構造的相転移を誘発するか、以前の報告通りであるか？
• RQ2 CrドーピングされたBaFe2As2における構造的相転移の真の性質（一次的か二次的か）は何か？
• RQ3 単結晶X線回折によって特定された結晶対称性の変化は、どのように進行するか？
• RQ4 熱力学的および輸送的性質で観察された異常は、一次相転移と整合的か？
• RQ5 本研究の結果と、同様の化合物について以前の報告（sef09a）との間に生じる矛盾は、どのように説明できるか？

主な発見

• すべての熱力学的および輸送的プローブによって、Tsm ≈ 112 Kで急激な一次相転移が特定された。
• 単結晶X線回折により、正方晶（I4/mmm）から斜方晶（Fmmm）への相転移が明確に確認され、正方晶から正方晶への変化ではないことが判明した。
• 斜方性歪みは112 Kで急激に増加し、100 Kでの分裂量は約0.030 Åであり、母体化合物およびドーピング化合物の傾向と整合的である。
• 正方晶と斜方晶の共存領域が0.5 K未満に限定されることで、相転移が一次的であることが確認された。
• Crドーピングに対しても、構造的相転移は一次的であり、わずかな置換量（x = 0.027）でもその性質は保持された。
• 磁化率、抵抗率、熱膨張の30–35 K付近に広がった異常は、二次的相転移またはクロスオーバーの可能性を示唆しているが、その起源はまだ不明である。