[논문 리뷰] Bulk superconductivity and disorder in single crystals of LaFePO

James G. Analytis, Jiun-Haw Chu외 8명|ArXiv.org|2008. 10. 30.

Iron-based superconductors research인용 수 13

한 줄 요약

이 연구는 스토이키오메트릭 LaFePO가 표면 초전도체가 아니라 부피 초전도체임을 규명하였으며, 비자화 불순물에 의해 영향을 받지 않는 초전도 전이 온도(Tc)를 가지며, s-파일 초전도 메커니즘을 지지한다. 정상 상태 운반에서 강한 불순물 효과가 존재함에도 불구하고, 초전도성은 균일하게 유지되며, 이는 고순도 단일 결정에서 자화 불안정성 또는 상 분리 없이도 강력한 초전도 성립을 시사한다.

ABSTRACT

We have studied the intrinsic normal and superconducting properties of the oxypnictide LaFePO. These samples exhibit bulk superconductivity and the evidence suggests that stoichiometric LaFePO is indeed superconducting, in contrast to other reports. We find that superconductivity is independent of the interplane residual resistivity $ρ_0$ and discuss the implications of this on the nature of the superconducting order parameter. Finally we find that, unlike $T_c$, other properties in single-crystal LaFePO including the resistivity and magnetoresistance, can be very sensitive to disorder.

연구 동기 및 목표

• 스토이키오메트릭 LaFePO가 본질적으로 초전도체인지, 아니면 산소 결함으로 인해 초전도성이 발생하는지에 대한 모순된 보고를 해결하기 위해.
• 비자화 불순물(상평면 잔류 저항도 ρ₀로 정량화됨)과 초전도 전이 온도 Tc 사이의 관계를 규명하기 위해.
• 일부 단일 결정 샘플에서 관찰된 저온 저항도 상승 현상의 기원을 규명하기 위해, 이는 경쟁적인 전자적 불안정성을 시사할 수 있다.
• 청결한 비자화 철 페니스라이드에서 불순물이 정상 상태 운반 및 양자 진동 현상에 미치는 영향을 조사하기 위해.

제안 방법

• La₂O₃ 또는 Fe₂O₃를 산소 원천으로 사용하여 Sn-플럭스 방법을 통해 고순도 단일 결정 LaFePO를 성장시킴.
• 단일 결정 및 다결정 샘플에 대한 전기 저항도, 잠열, 자화도 및 자화율 저항도 측정.
• 비자화 불순물의 지표로 잔류 저항도 비율(RRR)과 상평면 저항도 ρ₀를 사용함.
• 장치 및 온도 의존성 자화율 저항도 분석을 통해 국소화 및 산란 메커니즘 탐색.
• 다양한 ρ₀를 가진 샘플 간의 운반 및 열역학적 데이터 비교를 통해 불순물 의존성 평가.
• dHvA 양자 진동 데이터와 운반 이질성 간의 상관관계 분석을 통해 피어미 표면 및 산란 효과 탐색.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 스토이키오메트릭 LaFePO는 본질적으로 초전도체인가, 아니면 산소 결함으로 인한 현상인가?
• RQ2 LaFePO의 초전도 전이 온도 Tc는 ρ₀로 측정된 비자화 불순물에 따라 달라지는가?
• RQ3 일부 단일 결정 샘플에서 관찰된 저온 저항도 상승 현상의 기원은 무엇인가?
• RQ4 불순물은 정상 상태 운반 특성(예: 자화율 저항도 및 국소화 효과)에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ5 저항도 상승 현상은 스핀 밀도파 또는 자화 불안정성과 같은 경쟁 전자상과 관련이 있는가?

주요 결과

• 고순도 단일 결정에서 스토이키오메트릭 LaFePO는 Tc ≈ 5.9–6.7 K에서 부피 초전도성을 나타내며, 표면 전용 초전도성에 대한 보고와 정면으로 대비된다.
• Tc는 상평면 잔류 저항도 ρ₀(0.04에서 0.18 mΩ·cm 범위)에 영향을 받지 않으며, 이는 비자화 불순물이 초전도성을 억제하지 않음을 시사한다.
• ρ₀ 증가에 따른 Tc 억제가 없는 것은 s-파일 초전도 대칭성을 지지하지만, 결정적인 증거는 아니다.
• 일부 샘플에서 저온 저항도 상승 현상이 관찰되며, 이는 불순물과 관련이 있지만 ρ₀와는 관련이 없어 더 복잡한 기원을 지닌다.
• 자화율 저항도 측정에서 자기장 및 방향 의존성 이상 현상이 관찰되며, 자기장이 c축에 수직으로 작용할 경우 더 강한 효과를 보인다.
• 저항도 상승 현상은 Hc2까지의 자기장에서도 억제되지 않으며, ρ₀와의 스케일링도 보이지 않아, 단순한 약한 국소화가 주요 메커니즘이 아니라는 것을 시사한다.