[論文レビュー] Vortex dynamic, pinning and irreversibility field investigation in EuRbFe4As4 superconductor

В. А. Власенко, K. S. Pervakov+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 11, 2019

Iron-based superconductors research参考文献 45被引用数 5

ひとこと要約

本研究は、交流磁化率および直流磁化モーメント測定を用いて、単結晶EuRbFe₄As₄における渦のダイナミクス、ピン留め、および不可逆性を調査した。低磁場領域では6700 Kの活性化エネルギーを示し、U₀ ∝ H⁻⁰.⁴⁷のべき乗則的減衰を示しており、熱的に駆動されるプラスチックピン留めである可能性が示唆され、主に平面欠陥に起因すると考えられる。不可逆性磁場H_irr(T)はH(T) = H(0)(1−T/T_c)^nの形をとり、n ≈ 2.15であり、上臨界磁場H_c2(0)は135 Tと推定され、H∥abの状況ではパウリ制限行動と整合的である。

ABSTRACT

We performed systematic AC susceptibility and magnetic moment measurements to investigate the vortex dynamics and pinning in the $EuRbFe_4As_4$ single crystal as a function of temperature, frequency, and DC magnetic field. The vortex solid-liquid line was determined and it fits well with $H(T_p)=H_0(1-t_p)^β$ using $β$=1.74-1.91, for $H\parallel ab$. It indicates a rather high pinning strength of the vortex system. The activation energy $U_0$ was determined from thermally activated flux creep theory and reached 6700 K at low fields, suggesting strong vortex pinning. A field dependence of $U_0(H\parallel ab)\sim H^a$ with $a=0.47$ suggests thermally activated plastic pinning or caused by planar defects. Magnetic moment measurements also confirmed strong pinning in a $EuRbFe_4As_4$ superconductor and the superconducting response gives the main contribution to the $M(H)$ hysteresis. Additionally, we found evidence of long-range magnetic interactions in $Eu^{2+}$ sublattice and the FM-like nature of $Eu^{2+}$ atoms ordering.

研究の動機と目的

• 鉄系超伝導体EuRbFe₄As₄における渦のダイナミクスおよびピン留め機構を理解すること。
• 温度および磁場関数としての渦の固体-液体転移線および不可逆性磁場H_irr(T)を特定すること。
• Eu²⁺の磁気的秩序が渦の挙動および超伝導特性に与える影響を調査すること。
• ピン留めの強さを評価するために、渦の活性化エネルギーU₀とその磁場依存性を定量すること。
• H_c2、H_irr、およびH_m（磁気的秩序のクロスオーバー）を含む包括的な磁気相図を構築すること。

提案手法

• 交流磁化率測定は、ab面に沿ってH_ac = 1 Oe、周波数33〜9777 Hzで、冷却磁場下（FC）条件下で実施した。
• 直流磁化モーメント（M(H)）測定は、ゼロ磁場冷却（ZFC）および冷却磁場下（FC）プロトコルを用いたバイブレーティング・サンプル・マグネトメータ（VSM）で取得した。
• 渦の活性化エネルギーU₀は、周波数依存の交流磁化率データを用いて、熱的に駆動されるフラックスクリープ理論から抽出した。
• 不可逆性磁場H_irrは、ΔM(H)のヒステリシスを1 emu/gの基準で評価し、H(T) = H(0)(1−T/T_c)^nにフィットさせた。
• 上臨界磁場H_c2は、超伝導転移の開始点から推定し、WHHモデルの予測と比較した。
• 化学組成および結晶の質は、SEM-EDSにより確認され、元素の均一な分布とわずかなEuFe₂As₂二次相が確認された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 EuRbFe₄As₄における渦の固体-液体転移の温度および磁場依存性は何か？
• RQ2 渦のピン留めはどれほど強く、活性化エネルギーU₀の磁場依存性は何か？
• RQ3 Eu²⁺の磁気的秩序の存在が、渦のダイナミクスおよび不可逆性に与える影響は何か？
• RQ4 上臨界磁場H_c2(0)は何か？理論的推定値と比較するとどうなるか？
• RQ5 渦の相境界（H_c2、H_irr、H_m）は温度に対してどのようにスケーリングされ、これは渦状態に何を示唆するか？

主な発見

• 渦の固体-液体転移線はH(T_p) = H₀(1−t_p)^βに良くフィットし、β = 1.74–1.91であり、強い渦のピン留めを示している。
• 渦の活性化エネルギーU₀は低磁場領域で6700 Kに達し、渦系における強いピン留めを確認した。
• U₀の磁場依存性はU₀ ∝ H⁻⁰.⁴⁷（H∥ab）に従い、熱的に駆動されるプラスチックピン留めまたは平面欠陥に起因するものと整合的である。
• 臨界電流密度J_c ∝ H⁻aで、0.55 < a < 0.68であり、強いピン留めの理論的H⁻⁵/⁸依存性とよく一致している。
• 不可逆性磁場H_irr(T)はH(T) = H(0)(1−T/T_c)^nに従い、n ≈ 2.15であり、H_irr(0) ≈ 70 Tである。
• 上臨界磁場H_c2(0)は135 Tと推定され、n = 2.15であり、H∥abの状況ではパウリ制限行動と整合的であるが、直接測定では約70–80 Tの値が示唆されている。