[논문 리뷰] Determination of anisotropic Hc2 up to 60 T in (Ba0.55K0.45)Fe2As2 single crystals

M. M. Altarawneh, Kristen Collar외 4명|arXiv (Cornell University)|2008. 07. 28.

Iron-based superconductors research인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 60 T 이하의 펄스 자기장과 14 K 이하의 저온에서의 고주파 침투 깊이 측정을 통해 (Ba0.55K0.45)Fe2As2 단일 결정에서 비등방성 상전이 자기장 $H_{c2}(T)$ 를 결정하였다. 이는 $T_c$ 에서 약 ~3.5 에서 14 K 에서 약 ~1.16 로 감소하는 강한 온도 의존성 비등방성을 드러내며, $H_{c2}(T=0)$ 는 약 75 T 를 초과하는 것으로 추정되어 이 철기반 초전도체의 극한의 자기장 내성임을 시사한다.

ABSTRACT

The radio frequency penetration depth was measured in the superconductor (Ba$_{0.55}$K$_{0.45}$)Fe$_{2}$As$_{2}$ under pulsed magnetic fields extending to 60 tesla and down to 14 K. Using these data we are able to infer a $H_{c2}(T)$, $H-T$ phase diagram, for applied fields parallel and perpendicular to the crystallographic c-axis. The upper critical field curvature is different for the respective orientations but they each remain positive down to 14 K. The upper critical field anisotropy is moderate, $\approx 3.5$ close to $T_c$, and drops with the decrease of temperature, reaching $\approx 1.2$ at $14 K$. These data and analysis indicate that (i) (Ba$_{0.55}$K$_{0.45}$)Fe$_{2}$As$_{2}$ anisotropy diminishes with temperature and has an unusual temperature dependence, (ii) $H_{c2} (T=0)$ for this compound may easily approach fields of 75 tesla.

연구 동기 및 목표

• 고자기장과 저온 조건에서 (Ba0.55K0.45)Fe2As2 의 전체 $H_{c2}(T)$ 상도를 결정하기 위해.
• 자기장이 $c$-축에 평행하거나 수직인 경우의 $H_{c2}$ 의 비등방성을 규명하기 위해.
• $H_{c2}(0)$ 의 영온도 상한 임계 자기장과 그 자기장 내성에 대한 함의를 평가하기 위해.
• 관측된 비등방성 변화가 차원의 전이 또는 초전도층의 분리 현상임을 조사하기 위해.

제안 방법

• 기본 주파수가 약 28 MHz 인 고안정성 탱크 회로 온도계를 사용한 고주파(rf) 접촉 없는 침투 깊이 측정을 수행하였다.
• 이 기술은 고주파 침투 깊이에 비례하는 자기장 유도 주파수 이동을 감지하여 초전도체-정상 상태 전이를 민감하게 추적할 수 있다.
• 10 ms 상승 시간과 40 ms 감쇠 시간을 가진 60 T 펄스 자석에서 측정를 수행하여 샘플의 가열을 최소화하였다.
• $H_{c2}$ 값은 주파수 이동의 기울기가 변화하는 필드로 식별되었으며, 이는 정상 상태 행동의 시작을 나타낸다.
• 측정는 $c$-축에 평행하고 수직인 자기장 방향에 대해 수행되어 $H_{c2}^\parallel c$ 와 $H_{c2}^\perp c$ 를 결정하는 데에 기여하였다.
• 비등방성 $\gamma = H_{c2}^\perp c / H_{c2}^\parallel c$ 는 계산되어 온도 의존성을 추출하기 위해 피팅되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Ba0.55K0.45)Fe2As2 에서 상한 임계 자기장 $H_{c2}$ 는 온도와 자기장 방향에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ2 이 철기반 초전도체에서 $H_{c2}$ 비등방성 $\gamma$ 는 온도에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ3 고자기장, 저온 데이터로부터 영온도 상한 임계 자기장 $H_{c2}(0)$ 는 신뢰성 있게 외삽할 수 있는가?
• RQ4 관측된 비등방성 변화는 차원의 전이 또는 초전도층의 분리 현상임을 시사하는가?

주요 결과

• 상한 임계 자기장 비등방성 $\gamma$ 는 $T_c$ 근처에서 약 3.5 에서 14 K 에서 1.16 으로 지속적으로 감소한다.
• 모든 자기장 방향에 대해 $H_{c2}(T)$ 곡선은 14 K 까지 양수이고 볼록함을 유지하여 재진입 행동의 징후가 없음을 나타낸다.
• $H_{c2}^\parallel c(T)$ 와 $H_{c2}^\perp c(T)$ 를 $T=0$ 으로 외삽하면 각각 약 75 T 와 80 T 의 $H_{c2}(0)$ 값을 얻는다.
• 추정된 영온도 초전도성 연장 길이는 $\xi_{\perp c}(0) \approx 34~\AA$ 와 $\xi_{\parallel c}(0) \approx 21.5~\AA$ 이며, 층 분리의 증거는 없었다.
• 펄스 동안 히스테리시스나 가열 현상이 관측되지 않아 우수한 열고정과 데이터 신뢰성 확인.
• 이전 보고에서 냉각 곡선에 이중 피크가 나타났던 것은 샘플의 비균일성 또는 다상성으로 기인한 것으로 해석되며, 이 결과와 모순된다.