[논문 리뷰] Coexistence of magnetism and superconductivity in the pnictide high temperature superconductor SmO$_{0.82}$F$_{0.18}$FeAs measured by muon spin rotation

Alan J. Drew, F. L. Pratt외 12명|arXiv (Cornell University)|2008. 05. 07.

Iron-based superconductors research인용 수 2

한 줄 요약

스마라미움 산화물-플루오르화물-iron 아르세나이드(SmO$_{0.82}$F$_{0.18}$FeAs)에서의 뮤온 스핀 회전 측정을 통해 초전도 전이 근처에서 느린 스핀 변동이 강화되는 것이 관측되었으며, 이는 비단순 초전도성의 매개 역할을 할 가능성을 시사한다. 면내 침투 깊이의 측정 결과 $\lambda_{ab}(0) = 190(5)$ nm로 도출되었으며, 철계 초전도체에서 $T_{\mathrm{c}}$와 $\lambda_{ab}(0)^{-2}$ 간의 우에무라 유형 스케일링이 확인되었다.

ABSTRACT

Muon-spin rotation experiments were performed on the pnictide high temperature superconductor SmFeAsO$_{1-x}$F$_{x}$ with x=0.18 and 0.3. We observed an unusual enhancement of slow spin fluctuations in the vicinity of the superconducting which suggests that the spin fluctuations contribute to the formation of an unconventional superconducting state. An estimate of the in-plane penetration depth $\lambda_{ab}(0)=190(5)$ hinspace nm was obtained, which confirms that the pnictide superconductors obey an Uemura-style relationship between $T_{\mathrm{c}}$ and $\lambda_{ab}(0)^{-2}$.

연구 동기 및 목표

• 철계 초전도체에서 자성과 초전도성 간의 상호작용을 조사하기 위해.
• 스마라미움 산화물-플루오르화물-iron 아르세나이드(SmO$_{0.82}$F$_{0.18}$FeAs)에서 스핀 변동이 쌍성 메커니즘에 기여하는지 확인하기 위해.
• 면내 침투 깊이 $\lambda_{ab}(0)$ 를 측정하고, 이 값이 우에무라 관계와 일치하는지 평가하기 위해.
• 이 페라이드 시스템에서 초전도 전이를 거쳐 스핀 동역학의 변화를 검토하기 위해.

제안 방법

• 스마라미움 산화물-플루오르화물-iron 아르세나이드(SmO$_{0.82}$F$_{0.18}$FeAs)에서 국소 자기장과 스핀 변동을 탐사하기 위해 뮤온 스핀 회전(μSR)을 사용하였다.
• 도핑 농도의 영향을 평가하기 위해 다양한 도핑 수준(x = 0.18 및 x = 0.3)에서 측정을 수행하였다.
• 뮤온 스핀 회전 속도 분석을 통해 스핀 변동의 동역학성과 진폭에 대한 정보를 확보하였다.
• 침투 깊이의 온도 의존성에서 면내 침투 깊이 $\lambda_{ab}(0)$ 를 추출하였다.
• 측정된 $\lambda_{ab}(0)$ 를 바탕으로 $T_{\mathrm{c}}$와 $\lambda_{ab}(0)^{-2}$ 간의 우에무라 스타일 관계를 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 스마라미움 산화물-플루오르화물-iron 아르세나이드(SmO$_{0.82}$F$_{0.18}$FeAs)에서 초전도 전이 근처에서 스핀 변동이 강화되는가?
• RQ2 이 철계 시스템에서 스핀 변동에 의해 매개되는 비단순 초전도성이 존재하는가에 대한 증거는 있는가?
• RQ3 스마라미움 산화물-플루오르화물-iron 아르세나이드(SmO$_{0.82}$F$_{0.18}$FeAs)의 면내 침투 깊이 $\lambda_{ab}(0)$ 는 얼마인가?
• RQ4 측정된 $\lambda_{ab}(0)$ 는 $T_{\mathrm{c}}$ 와의 우에무라 스케일링 법칙을 따르는가?

주요 결과

• 초전도 전이 온도 근처에서 이국적인 느린 스핀 변동의 강화가 관측되었다.
• 영온도에서 측정된 면내 침투 깊이는 $\lambda_{ab}(0) = 190(5)$ nm 로 도출되었다.
• $\lambda_{ab}(0)$ 의 값은 $T_{\mathrm{c}}$ 와 $\lambda_{ab}(0)^{-2}$ 간의 우에무라 스타일 관계와 일치한다.
• 결과는 스핀 변동이 비단순 초전도 상태 형성에 핵심적인 역할을 한다는 것을 시사한다.
• 스핀 변동의 강화는 이 철계 초전도체에서 스핀 변동에 의해 매개되는 쌍성 메커니즘이 존재함을 뒷받침한다.