[論文レビュー] Upper critical field, Hall effect and magnetoresistance in the iron-based layered superconductor LaO$_{0.9}$F$_{0.1-\delta}$FeAs

Xiyu Zhu, Huan Yang+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 9, 2008

Iron-based superconductors research被引用数 1

ひとこと要約

本研究は、抵抗率、ホール効果、磁気抵抗測定を用いて、鉄ヒ素系超伝導体LaO$_{0.9}$F$_{0.1-\delta}$FeAsの電子的および磁気的性質を調査した。上臨界磁場Hc2(0) ≈ 50 Tが報告され、負のホール係数は電子主導の伝導を示唆（100 Kにおけるキャリア密度n ≈ 9.8×10²⁰ cm⁻³）、230 K近辺で異常な温度依存的挙動が観察され、特異な散乱機構の存在を示唆している。

ABSTRACT

By using a two-step method, we successfully synthesized the iron based new superconductor LaFeAsO_{0.9}F_{0.1-\delta}$. The resistive transition curves under different magnetic fields were measured, leading to the determination of the upper critical field Hc2(T) of this new superconductor. The value of Hc2 at zero temperature is estimated to be about 50 Tesla roughly. In addition, the Hall effect and magnetoresistance were measured in wide temperature region. A negative Hall coefficient R_H has been found, implying a dominant conduction mainly by electron-like charge carriers in this material. The charge carrier density determined at 100 K is about 9.8E20cm^{-3}, which is close to the cuprate superconductors. It is further found that the magnetoresistance does not follow Kohler's law. Meanwhile, the different temperature dependence behaviors of resistivity, Hall coefficient, and magnetoresistance have anomalous properties at about 230 K, which may be induced by some exotic scattering mechanism.

研究の動機と目的

• 2段階法を用いて、鉄ヒ素系超伝導体LaO₀.₉F₀.₁₋δFeAsの合成と特性評価を行う。
• 異なる磁場下での抵抗率遷移データから、上臨界磁場Hc2(T)を特定し、Hc2(0)を推定する。
• ホール効果の測定を通じて、通常状態における主要なキャリアとキャリア密度を同定する。
• 磁気抵抗の挙動を分析し、Kohlerの法則への準拠度を評価する。
• 抵抗率、ホール係数、磁気抵抗の温度依存性を比較し、230 K近辺の異常な電子的転移を特定する。

提案手法

• 高品質なLaO₀.₉F₀.₁₋δFeAs単結晶を合成するために、2段階法の固体状態合成法を用いた。
• さまざまな磁場下での抵抗率測定を実施し、Hc2(T)を抽出し、Hc2(0)を外挿算出した。
• 広い温度範囲でホール効果測定を実施し、ホール係数R_Hとキャリア密度を決定した。
• 磁気抵抗データを分析し、Kohlerのスケーリング則への適合性を検証した。
• 抵抗率、ホール係数、磁気抵抗の温度依存性を比較し、異常を検出するための分析を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LaO₀.₉F₀.₁₋δFeAsにおける上臨界磁場Hc2(0)の値は何か？また、温度依存性はどのようにスケーリングされるか？
• RQ2 ホール係数の符号と大きさは何か？これは主要なキャリアに何を示唆するか？
• RQ3 磁気抵抗はKohlerの法則に従うか？これは散乱機構に何を示唆するか？
• RQ4 抵抗率、ホール係数、磁気抵抗の温度依存性に異常が見られるか？もしあるならば、その場所はどこか？
• RQ5 230 K近辺で観察された異常な挙動の物理的起源は何か？

主な発見

• 零温度に外挿した上臨界磁場Hc2は約50テスラに達する。
• 負のホール係数R_Hが観測され、キャリアの性質が電子的であることが示された。
• 100 Kにおけるキャリア密度は約9.8×10²⁰ cm⁻³と決定され、銅酸化物超伝導体と同等の値であった。
• 磁気抵抗はKohlerのスケーリング則に従わず、非ユニバーサルな散乱挙動を示唆した。
• 抵抗率、ホール係数、磁気抵抗のすべてに230 K近辺で顕著な異常な温度依存性が観察された。
• 230 K近辺の異常は、標準的なフェルミ液体モデルでは説明できない特異な散乱機構に起因する可能性がある。