[論文レビュー] Superconductivity at 55 K in iron-based F-doped layered quaternary compound Sm[O1-xFx]FeAs

Zhi-An Ren, Wei Lü+9 more|ArXiv.org|Apr 13, 2008

Iron-based superconductors research被引用数 45

ひとこと要約

本論文は、酸素サイトにおけるフルオリンドーピングによって誘導された鉄系四元化合物Sm[O1-xFx]FeAsに、抵抗率測定で55.0 K、メイスナー効果による測定で54.6 Kの臨界温度（Tc）を示す超伝導性の発見を報告している。SmOFeAs構造の酸素サイトにおけるフルオリンドーピングは超伝導性を誘起し、発表当時、酸化物系以外の材料の中で最高のTcを記録した。

ABSTRACT

Here we report the superconductivity in the iron-based oxyarsenide Sm[O1-xFx]FeAs, with the onset resistivity transition temperature at 55.0 K and Meissner transition at 54.6 K. This compound has the same crystal structure as LaOFeAs with shrunk crystal lattices, and becomes the superconductor with the highest critical temperature among all materials besides copper oxides.

研究の動機と目的

• ドーピングを施した鉄系酸化物族化合物における超伝導特性の調査。
• SmOFeAs構造におけるフルオリンドーピングが高温超伝導性を誘起できるかどうかの特定。
• FドーピングされたSm[O1-xFx]FeAs系における臨界温度および超伝導転移特性の同定。
• 本化合物の超伝導挙動を他の鉄系超伝導体および銅酸化物系超伝導体と比較すること。

提案手法

• 制御大気下での固体反応法を用いた単相体Sm[O1-xFx]FeAsの合成。
• SmO層の酸素サイトにおけるフルオリンドーピング（x）を系統的に行い、電子構造を調整。
• 電気抵抗率測定により超伝導転移の開始を特定。
• SQUID磁化率測定を用いてメイスナー効果を確認し、ボトム超伝導性を検証。
• X線回折を用いた構造的特徴付けにより、テトラゴナル相のThOAsFe型結晶構造の確認。
• 母体化合物LaOFeAsとの比較により、ドーピングに伴う格子定数の変化の評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SmOFeAs系におけるSmO層のフルオリンドーピングが、高温で超伝導性を誘起できるか。
• RQ2 FドーピングされたSm[O1-xFx]FeAs化合物の臨界温度（Tc）は何か。他の鉄系超伝導体と比較するとどうなるか。
• RQ3 Sm[O1-xFx]FeAsにおける超伝導転移は、磁気測定によって確認されたボトム的性質を示すか。
• RQ4 F含有量の増加に伴い、Sm[O1-xFx]FeAs系における格子定数および結晶構造はどのように変化するか。

主な発見

• FドーピングされたSm[O1-xFx]FeAs化合物は、抵抗率測定で55.0 Kの超伝導転移開始を示した。
• メイスナー効果は54.6 Kで観測され、ボトム超伝導性が確認された。
• 本化合物はLaOFeAsと同一のテトラゴナル構造を示すが、フルオリン置換に伴い格子が収縮している。
• 本材料は、発表当時、報告済みのすべての酸化物系以外の超伝導体の中で最高の臨界温度を達成した。
• 超伝導転移は鋭く再現性があり、高品質な単相試料であることが示された。
• 臨界温度は、既知の大多数の鉄系超伝導体を上回り、分野における基準材料としての地位を確立した。