[논문 리뷰] Effect of pressure on transport and magnetotransport properties in CaFe2As2 single crystals

M. S. Torikachvili, S. L. Bud’ko외 3명|ArXiv.org|2009. 05. 25.

Iron-based superconductors research인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 수압 및 축방향 압력 기법을 사용하여 CaFe2As2 단일 결정에서 압력 유도 초전도성의 성질을 조사하며, 비수압 응력 하에서 비자기성 붕괴 사면체(cT) 상에서 초전도성이 발생하는 것으로 밝혀졌다. 결과는 비수압 압력 성분이 초전도성의 안정화에 결정적인 역할을 하며, 수압 및 축방향 압력 조건에서 Tc(P) 경향이 일관되게 나타나며, T–cT 전이 시에 상당한 밴드 구조 변화가 발생함을 시사한다.

ABSTRACT

The effects of pressure generated in a liquid medium, clamp, pressure cell on the in-plane and c-axis resistance, temperature-dependent Hall coefficient and low temperature, magnetoresistance in CaFe2As2 are presented. The T - P phase diagram, including the observation of a complete superconducting transition in resistivity, delineated in earlier studies is found to be highly reproducible. The Hall resistivity and low temperature magnetoresistance are sensitive to different states/phases observed in CaFe2As2. Auxiliary measurements under uniaxial, c-axis, pressure are in general agreement with the liquid medium clamp cell results with some difference in critical pressure values and pressure derivatives. The data may be viewed as supporting the potential importance of non-hydrostatic components of pressure in inducing superconductivity in CaFe2As2.

연구 동기 및 목표

• CaFe2As2에서 수압 압력 조건 하에서 T–P 상도의 강건성과 재현 가능성을 평가하기 위해.
• 특히 붕괴 사면체(cT) 상에서 초전도성을 유도하는 비수압 응력의 역할을 조사하기 위해.
• 수압(액체 매체)과 축방향 c축 압력 조건에서의 운반 및 자기운반 반응을 비교하기 위해.
• 자기저항에서 Kohler의 법칙의 위반 여부를 평가하여 상전이 시 전자 구조의 변화를 추론하기 위해.
• 이전 보고서에서 압력 하에서 cT 상의 존재성과 안정성에 대한 모순을 해결하기 위해.

제안 방법

• 최대 약 19 kbar까지 액체 매체 클램프 압력 셀을 사용하여 수압을 적용하여, 평면 내 및 c축 저항 측정을 수행하였다.
• 저온 자기운반 측정을 수행하여 Hc2(T)를 추출하고 초전도성 이방성의 정도를 평가하였다.
• 피스톤 실린더 셀을 사용하여 c축 방향으로 축방향 압력을 적용하여 비수압 효과를 탐색하였다.
• 온도 의존성 홀 저항 측정을 통해 상전이 시 전자 밀도 및 산란 변화를 추적하였다.
• 수압 및 축방향 압력 조건에서의 결과를 비교하여 응력 이방성의 상 안정성 및 초전도성에 미치는 영향을 평가하였다.
• 자기저항에서 Kohler의 법칙의 위반 여부를 평가하여 전자 밴드 구조 및 산란 메커니즘의 변화를 추론하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CaFe2As2의 T–P 상도는 수압 조건 하에서도 재현 가능한가?
• RQ2 CaFe2As2에서 초전도성은 비수압 응력에 의해 안정화되는가, 특히 붕괴 사면체(cT) 상에서 그렇다면?
• RQ3 CaFe2As2의 운반 및 자기운반 특성은 축방향 c축 압력 조건에서 수압 조건과 비교하여 어떻게 변화하는가?
• RQ4 자기저항에서 Kohler의 법칙의 붕괴가 T–cT 전이 시 전자 구조의 변화를 어느 정도 반영하는가?
• RQ5 축방향 압력 하에서 cT 상이 존재하는가, 아니면 이방성 격자 변형으로 인해 생략되는가?

주요 결과

• 수압 조건 하에서 약 0.7 kbar에서 저항 측정에서 완전한 초전도 전이가 관측되었으며, 전이 폭이 넓게 나타났다.
• 수압 조건 하에서 T–cT 전이가 재현 가능하며, 약 3 kbar에서 발생하며, cT 상은 약 17 kbar까지 안정화된다.
• 축방향 c축 압력 조건 하에서 완전한 초전도 전이가 더 낮은 압력(~0.7 kbar)에서 관측되어, 이방성 응력 하에서 초전도성이 향상됨을 시사한다.
• 저온에서 축방향 압력 조건 하에서 저항이 약 5배 감소하여, 정상 상태에서 산란이 강하게 억제됨을 나타낸다.
• 압력 조건 하에서 c축 저항은 평면 내 저항보다 더 빠르게 감소하여, 저항 이방성이 감소하고 3차원성이 증가함을 보였다.
• 자기저항에서 Kohler의 법칙에서의 이탈은 저온의 오р토로브릭/자기불순합 상과 cT 상 사이에서 밴드 구조 및 산란 메커니즘이 상당히 변화했음을 시사한다.