[論文レビュー] Superconductivity in the PbO-type Structure alpha-FeSe

Fong-Chi Hsu, Jiu-Yong Luo+9 more|ArXiv.org|Jul 15, 2008

Iron-based superconductors research参考文献 11被引用数 65

ひとこと要約

本論文では、セレン欠損を意図的に導入したPbO型構造をとるα-FeSeにおいて、転移温度(Tc)が8 Kの超伝導性が発見された。この化合物は、鉄系オキシヒ hydrides に類似した単純な鉄基平面格子を有しており、非摂氏的超伝導の研究に向けたより単純なプラットフォームを提供し、構造的に類縁する系における高Tc材料の探索に新たな道を開く。

ABSTRACT

The recent discovery of superconductivity with relatively high transition temperature Tc in the layered iron-based quaternary oxypnictides La[ O1-xFx] FeAs was a real surprise. The excitement generated can be seen by the number of subsequent works published within a very short period of time. Although there exists superconductivity in alloy that contains Fe element, LaOMPn (with M= Fe, Ni; and Pn=P and As) is the first system where Fe-element plays the key role to the occurrence of superconductivity. LaOMPn has a layered crystal structure with an Fe-based plane. It is quite natural to ask whether there exists other Fe based planar compounds that exhibit superconductivity. Here we report the observation of superconductivity with zero resistance transition temperature at 8K in the PbO-type alpha-FeSe compound. Although FeSe has been studied quite extensively, a key observation is that the clean superconducting phase exists only in those samples prepared with intentional Se deficiency. What is truly striking, is that this compound has the same, perhaps simpler, planar crystal sublattice as the layered oxypnictides. Furthermore, FeSe is, compared with LaOFeAs, much easier to handle and fabricate. In view of the abundance of compounds with PbO type structure, this result opens a new route to the search for unconventional superconductors.

研究の動機と目的

• 最近、LaOFeAsにおいて高Tc超伝導性が発見されたのを受けて、PbO型構造をとる鉄基平面化合物に超伝導性を示すかを調査すること。
• 構造の単純さと鉄基平面が非摂氏的超伝導性を可能にする役割を明らかにすること。
• 制御された非化学 Stoichiometry、特にSe欠損を用いたFeSeにおける超伝導性の安定化が可能かどうかを同定すること。
• α-FeSeとより複雑な鉄系酸化ヒ hydrides 間の電子的および構造的性質の比較。
• α-FeSeを、高Tc超伝導のメカニズムを研究するための実用的で容易に作製可能な系として確立すること。

提案手法

• 固体反応法を用いて、制御されたSe欠損を有する多結晶α-FeSe試料の合成。
• 零抵抗超伝導転移を特定するための電気抵抗測定。
• X線回折を用いた構造的特徴付けにより、PbO型結晶構造の確認。
• 化学 Stoichiometry（Se欠損）と超伝導転移温度との関係の分析。
• LaOFeAs系と比較し、構造的および電子的類似性を強調。
• 標準的な輸送測定を用いて、残留抵抗の不在および完全なマイスナー効果（零抵抗に起因）の確認。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 PbO型FeSe化合物に、単純な鉄基平面格子を有する超伝導性が実現可能か？
• RQ2 セレン欠損がα-FeSeにおける超伝導相の安定化に果たす役割は何か？
• RQ3 α-FeSeにおける超伝導転移温度は、より複雑な鉄系酸化ヒ hydrides と比較してどう異なるか？
• RQ4 FeSe系はLaOFeAs系と構造的および電子的に類縁しており、同様の超伝導メカニズムを有するか？
• RQ5 FeSeにおけるPbO型構造の単純さが、非摂氏的超伝導体の容易な作製と研究を可能にするか？

主な発見

• α-FeSeにおいて、零抵抗超伝導転移温度が8 Kの超伝導性が観測され、超伝導相の存在が確認された。
• 超伝導状態は、意図的なセレン欠損を有する試料でのみ安定化されるため、非化学 Stoichiometry が極めて重要な役割を果たしていることが示された。
• α-FeSeの結晶構造はPbO型であり、鉄系酸化ヒ hydrides と同様に単純な二次元鉄基平面を有する。
• LaOFeAsに比べ、FeSe系は構造が単純で取り扱いやすく、加工もしやすく、今後の研究に向けた有望な候補である。
• 本発見により、PbO型構造を有する鉄基平面化合物が非摂氏的超伝導性を有することが実証された。
• 結果から、鉄基平面を有する構造的に類縁したより単純な材料を標的とすることで、高Tc超伝導体の発見に新たな道筋が示された。