[논문 리뷰] Coexistence of superconductivity and ferromagnetism in the newly Sr0.5Ce0.5FBiS2

Lin Li, Yuke Li외 10명|arXiv (Cornell University)|2014. 07. 14.

Iron-based superconductors research인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 슈퍼전도성과 반강자성 상관관계의 공존을 보여주는 Sr₀.₅Ce₀.₅FBiS₂를 조사한다. XRD, 전기적 성질, 자화도 및 열용량 측정을 통해 7.5 K에서의 2차 전이가 확인되고, 이어서 Tc = 2.8 K에서 슈퍼전도성이 발생함을 밝혀냈다. 7.5 K 이하에서 Ce 이온의 부피 반강자성 상관관계가 유지되며, 2.8 K 이하에서는 슈퍼전도성과 공존한다.

ABSTRACT

Through the combination of X-ray diffraction, electrical transport, magnetic susceptibility, and the heat capacity measurements, we studied the effect of Ce doping in the newly discovered SrFBiS${2}$ system. It is found that Sr${0.5}$Ce${0.5}$FBiS${2}$ undergoes a second-order transition below $7.5 K, followed by a superconducting transition with the critical temperature Tc=2.8 K. Our transport, specific heat and DC-magnetization results suggest the presence of bulk ferromagneticcorrelation of Ce ion below 7.5 K that coexist with superconductivity when the temperature is further lowered below 2.8 K.

연구 동기 및 목표

• 최근에 발견된 SrFBiS₂ 시스템에서 Ce 도핑의 영향을 조사하기 위해.
• Ce 치환에 의해 유도된 자성 및 슈퍼전도 전이 온도를 규명하기 위해.
• 단일 상 물질에서 슈퍼전도성과 반강자성 상관관계의 공존을 탐색하기 위해.
• 자성 전이의 성격과 슈퍼전도성과의 관계를 규명하기 위해.

제안 방법

• 결정 구조와 상 순도를 확인하기 위해 X선 회절(XRD)을 사용하였다.
• 슈퍼전도 전이 온도(Tc)를 규명하기 위해 전기적 성질 측정을 수행하였다.
• 반강자성 정렬을 탐지하기 위해 자화도 및 DC 자화도 측정을 실시하였다.
• 상전이의 열역학적 성격을 조사하기 위해 열용량 측정을 수행하였다.
• 온도 의존성 데이터를 분석하여 2차 전이와 슈퍼전도 전이를 구분하였다.
• 자기적 및 전자적 반응을 연관시켜 반강자성과 슈퍼전도성의 공존을 확인하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Ce 도핑은 SrFBiS₂의 전자적 및 자성적 성질에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 Sr₀.₅Ce₀.₅FBiS₂에서 2차 자성 전이가 발생하는 온도는 얼마인가?
• RQ3 이 시스템에서 반강자성 상관관계 존재 조건 하에 슈퍼전도성이 발생하는가?
• RQ4 Sr₀.₅Ce₀.₅FBiS₂에서 슈퍼전도성의 임계 온도 Tc는 얼마인가?
• RQ5 반강자성 상관관계는 부피적 성격을 띠는가? 그리고 슈퍼전도성과 어떻게 공존하는가?

주요 결과

• Sr₀.₅Ce₀.₅FBiS₂는 7.5 K에서 2차 자성 전이를 나타내어 반강자성 상관관계의 시작을 시사한다.
• 전기적 성질 및 열용량 측정을 통해 Tc = 2.8 K에서 슈퍼전도 전이가 관측됨을 확인하였다.
• DC 자화도 및 열용량 데이터는 7.5 K 이하에서 Ce 이온의 부피 반강자성 상관관계가 존재함을 뒷받침한다.
• 시스템은 슈퍼전도성과 반강자성 질서의 공존을 보이며, 슈퍼전도성이 2.8 K 이하에서 발생한다.
• Tc에서 급격한 비정상성 이상이 관측되지 않아, 가능성이 비정상적인 쌍성 메커니즘이 있을 것으로 추정된다.
• 반강자성 상관관계가 슈퍼전도 전이 온도까지 유지됨을 고려할 때, 공존 상태는 뚜렷한 안정성을 띤다.