[論文レビュー] Thermal activation energy of 3D vortex matter in NaFe1-xCoxAs (x=0.01, 0.03 and 0.07) single crystals

Woojae Choi, Y. I. Seo+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 27, 2017

Iron-based superconductors research参考文献 28被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、c軸およびab面に沿って磁場を印加した状態で、NaFe1-xCoxAs単結晶（x = 0.01, 0.03, 0.07）における3次元スピンの熱的活性化エネルギーを磁気抵抗測定を用いて調査した。磁場と温度に依存する活性化エネルギーの普遍的なべき乗則的依存性が明らかになり、約2 Tで集団的ピンニングからプラスチックピンニングへの遷移が観察された。これは低温混合状態における3次元スピン相の優位性を確認するものである。

ABSTRACT

We report on the thermally activated flux flow dependency on the doping dependent mixed state in NaFe1-xCoxAs (x=0.01, 0.03, and 0.07) crystals using the magnetoresistivity in the case of B//c-axis and B//ab-plane. It was found clearly that irrespective of the doping ratio, magnetoresistivity showed a distinct tail just above the Tc, offset associated with the thermally activated flux flow (TAFF) in our crystals. Furthermore, in TAFF region the temperature dependence of the activation energy follows the relation U(T, B)=U_0 (B) (1-T/T_c )^q with q=1.5 in all studied crystals. The magnetic field dependence of the activation energy follows a power law of U_0 (B)~B^(-α) where the exponent α is changed from a low value to a high value at a crossover field of B=~2T, indicating the transition from collective to plastic pinning in the crystals. Finally, it is suggested that the 3D vortex phase is the dominant phase in the low-temperature region as compared to the TAFF region in our series samples.

研究の動機と目的

• ドーピングに依存する熱的に活性化されるフラックスフロー（TAFF）の理解を図ること。
• 混合状態における活性化エネルギーの温度および磁場依存性を特定すること。
• さまざまなドーピングレベルにおけるスピンピンニングの性質（集団的 vs. プラスチック）を同定すること。
• 低温混合状態における3次元スピン相の役割を確立すること。

提案手法

• c軸およびab面に沿って磁場を印加した状態で、x = 0.01, 0.03, 0.07の単結晶について磁気抵抗測定を実施した。
• 活性化エネルギーの温度依存性は、U(T, B) = U₀(B)(1 - T/Tc)^q の関係を用いて解析し、すべての試料でq = 1.5であった。
• U₀(B)の磁場依存性はべき乗則U₀(B) ∝ B^(-α)にフィットさせ、約2 Tでαの変化が観察された。
• αの変化は、集団的ピンニングからプラスチックピンニングへの遷移を示している。
• 解析は、Tcよりわずかに高いTAFF領域に焦点を当て、活性化エネルギーの挙動を抽出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ドーピングされたNaFe1-xCoxAs結晶における熱的活性化エネルギーは、温度および磁場にどのように依存するか？
• RQ2 スピンピンニングの性質（集団的またはプラスチック）は何か、そして磁場に応じてどのように変化するか？
• RQ3 これらの系において、集団的ピンニングからプラスチックピンニングへの遷移はどの磁場で発生するか？
• RQ4 これらの超伝導体の低温混合状態において、3次元スピン相が支配的であるか？

主な発見

• すべてのドーピングレベルにおいて、活性化エネルギーの温度依存性はU(T, B) = U₀(B)(1 - T/Tc)^1.5に従い、普遍的挙動を示している。
• U₀(B)の磁場依存性はべき乗則U₀(B) ∝ B^(-α)に従い、約2 Tでαが増加する。
• 約2 Tでの遷移は、スピン状態における集団的ピンニングからプラスチックピンニングへの移行を示している。
• TAFF特性から、低温混合状態における3次元スピン相が支配的であることが裏付けられている。
• 全ドーピング濃度において、Tcより上位に明確なTAFFテイルが観察され、熱的に活性化されるフラックスフローが確認された。