[論文レビュー] Superconductivity in novel quasi-one-dimensional ternary molybdenum pnictides Rb2Mo3As3 and Cs2Mo3As3

Kang Zhao, Qing-Ge Mu+6 more|arXiv (Cornell University)|May 29, 2018

Iron-based superconductors research参考文献 5被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、固体反応法を用いて新規の準一次元超伝導体 Rb2Mo3As3 および Cs2Mo3As3 の合成と定性を行い、それぞれ 10.6 K および 11.5 K の超伝導転移を明らかにした。これらの材料は弱い負の化学的圧力効果を示し、Cs2Mo3As3 では約 60 T の非常に高い上臨界磁場を示す。これは、低次元系における 4d 電子駆動型超伝導を研究するためのユニークなプラットフォームを提供する。

ABSTRACT

By replacing the alkali element in the newly discovered K2Mo3As3 superconductor, we successfully synthesized ternary molybdenum pnictides Rb2Mo3As3 and Cs2Mo3As3 through solid state reaction method. Powder X-ray diffraction analysis reveals the same quasi-one-dimensional (Q1D) hexagonal crystal structure and space group of P-6m2 (No. 187) as K2Mo3As3. The refined lattice parameters are a = 10.432 (1) Å, c = 4.4615 (6) Å for Rb2Mo3As3 and a = 10.7405 (6) Å, c = 4.4654 (5) Å for Cs2Mo3As3. Electrical resistivity and magnetic susceptibility characterizations exhibit the occurrence of superconductivity in both compounds with the onset Tc at 10.6 K and 11.5 K for Rb2Mo3As3 and Cs2Mo3As3 respectively, which exhibit weak negative chemical pressure effect in these A2Mo3As3 (A = K, Rb, Cs) superconductors contrary to the isostructural A2Cr3As3 superconductors. More interestingly, the Cs2Mo3As3 superconductor exhibits much higher upper critical field around 60 T at zero temperature. The discovery of these MoAs/CrAs-based superconductors provide a unique platform for the study of exotic superconductivity correlated with both 3d and 4d electrons in these Q1D compounds.

研究の動機と目的

• K2Mo3As3 の K を Rb や Cs に置換することで、Mo を中心とする砒素化物系におけるアルカリ金属置換の超伝導への影響を調査すること。
• 新たに合成された A2Mo3As3 (A = Rb, Cs) 化合物の構造的および電子的性質を調査すること。
• これらの準一次元材料における超伝導転移温度および上臨界磁場を特定すること。
• 化学的圧力下での Mo を中心とする系と Cr を中心とする系 A2M3As3 の挙動を比較すること。
• 低次元系における 4d 電子を含む特異な超伝導を研究するためのプラットフォームを確立すること。

提案手法

• 高温下での固体反応法を用いて Rb2Mo3As3 および Cs2Mo3As3 を合成した。
• 粉末 X 線回折を実施し、ヘキサゴナル構造および空間群 P-6m2 (No. 187) の確認を行った。これは K2Mo3As3 と同一である。
• 電気抵抗の測定により、超伝導転移開始温度 (Tc) を決定した。
• 磁化率測定を実施し、バルク的超伝導の確認および Tc の特定を行った。
• A2Mo3As3 (A = K, Rb, Cs) の格子定数および構造的傾向を分析し、化学的圧力効果を評価した。
• 磁気測定を用いて Cs2Mo3As3 の上臨界磁場 (Hc2) を評価し、絶対零度で約 60 T であると推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 A2Mo3As3 化合物におけるアルカリ金属置換 (K → Rb, Cs) が超伝導転移温度に与える影響は何か？
• RQ2 Rb2Mo3As3 および Cs2Mo3As3 の構造的パラメータは、K2Mo3As3 と比べてどのように異なるか。これは化学的圧力にどのような含意をもたらすか？
• RQ3 Cs2Mo3As3 の上臨界磁場は何か。他の準一次元超伝導体と比較してどうか？
• RQ4 Mo を中心とする A2Mo3As3 化合物の超伝導挙動は、同一構造の Cr を中心とする A2Cr3As3 化合物とどのように異なるか？
• RQ5 Mo を中心とする系における 4d 電子は、これらの準一次元材料で観察された超伝導にどの程度寄与しているか？

主な発見

• Rb2Mo3As3 は、抵抗率および磁化率測定により、10.6 K で超伝導転移開始を示した。
• Cs2Mo3As3 は 11.5 K の高い超伝導転移開始温度を示し、超伝導ペアリングの強化を示唆している。
• Rb2Mo3As3 (a = 10.432(1) Å, c = 4.4615(6) Å) および Cs2Mo3As3 (a = 10.7405(6) Å, c = 4.4654(5) Å) の格子定数は、空間群 P-6m2 を有する準一次元ヘキサゴナル構造を確認した。
• これらの化合物は弱い負の化学的圧力効果を示し、同一構造の A2Cr3As3 系とは対照的な挙動を示した。
• Cs2Mo3As3 は絶対零度で約 60 T の非常に高い上臨界磁場を示し、強いスピン・オービット結合または非単純なペアリングを示唆している。
• MoAs を中心とするこれらの超伝導体の発見は、低次元的・準一次元的材料における 4d 電子駆動型超伝導を研究するための新たなプラットフォームを提供する。