[논문 리뷰] Electronic properties of single-crystalline Fe$_{1.05}$Te and Fe$_{1.03}$Se$_{0.30}$Te$_{0.70}$

GF Chen, Chen Zg외 7명|arXiv (Cornell University)|2008. 11. 10.

Iron-based superconductors research인용 수 11

한 줄 요약

이 연구는 전도도, 비열, 자화율 및 광학 스펙트로스코피를 이용하여 단일결정 Fe₁.₀₅Te와 Fe₁.₀₃Se₀.₃₀Te₀.₇₀의 전자적 성질을 조사한다. 초과된 Fe 이온은 강한 불순물 산산분열을 유도하여 비일관된 전하 이동을 일으키며, 모체 화합물에서 명확한 초전도 갭이 관찰되지 않게 된다. 반면, Se 도핑된 초전도체에서는 강한 산산분열이 Tc를 억제하지만, 이례적으로 높은 상한 임계 자기장(Hc2)을 나타내어, 높은 불순물 농도로 인한 더러운 다중밴드 초전도체임을 시사한다.

ABSTRACT

We report on a comprehensive study of the transport, specific heat, magnetic susceptibility and optical spectroscopy on single crystal of Fe$_{1.05}$Te. We confirm that Fe$_{1.05}$Te undergoes a first-order phase transition near 65 K. However, its physical properties are considerably different from other parent compounds of FeAs-based systems, presumably attributed to the presence of excess Fe ions. The charge transport is rather incoherent above the transition, and no clear signature of the gap is observed below the transition temperature. Strong impurity scattering effect exists also in Se-doped superconducting sample Fe$_{1.03}$Se$_{0.30}$Te$_{0.70}$, leading to a relatively low T$_c$ but a rather high upper critical field.

연구 동기 및 목표

• 초과된 Fe 이온이 Fe₁.₀₅Te와 Fe₁.₀₃Se₀.₃₀Te₀.₇₀의 전자적 및 자성 성질에 미치는 영향을 이해하는 것.
• 약 65 K에서의 1차 상전이가 있음에도 불구하고 Fe₁.₀₅Te에서 명확한 초전도 갭이 관찰되지 않는 이유를 조사하는 것.
• Se 도핑 초전도체인 Fe₁.₀₃Se₀.₃₀Te₀.₇₀에서 이례적으로 높은 상한 임계 자기장 Hc2가 발생하는 원인을 규명하는 것.
• 초과된 Fe가 피어미 표 superfase의 정합성과 공명 스핀 밀도 파동 순서를 어떻게 방해하는지 평가하는 것.

제안 방법

• Fe₁.₀₅Te와 Fe₁.₀₃Se₀.₃₀Te₀.₇₀의 단일결정은 ICP 분석로 조성이 확인된 Bridgeman 방법으로 성장시켰다.
• 전도도 특성은 PPMS에서 1.8 K까지 4점법으로 측정하였다.
• 1 T에서의 DC 자화율 측정을 통해 자성 전이를 탐색하였다.
• 비열 측정은 열적 회복 칼로리메터를 사용하여 전자적 및 자성 기여를 탐지하였다.
• 25,000 cm⁻¹까지의 깨진 ab 평면 표면에서의 반사도 데이터를 Kramers-Kronig 변환을 통해 광학 반사도 및 도전도를 확보하였다.
• 홀 계수 측정은 5점법을 사용하여 실리콘 타입 및 농도를 결정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 초과된 Fe 이온은 Fe₁.₀₅Te의 전자적 일관성과 준입자 수명에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 약 65 K에서 1차 상전이가 발생함에도 불구하고 Fe₁.₀₅Te에서 명확한 초전도 갭 증거가 없는 이유는 무엇인가?
• RQ3 Fe₁.₀₃Se₀.₃₀Te₀.₇₀에서 상대적으로 낮은 Tc에도 불구하고 이례적으로 높은 상한 임계 자기장 Hc2가 발생하는 원인은 무엇인가?
• RQ4 초과된 Fe는 FeTe 기반 체계에서 피어미 표 superfase 정합성과 스핀 밀도 파동 순서를 어떻게 변화시키는가?

주요 결과

• Fe₁.₀₅Te는 약 65 K에서 1차 상전이를 겪으며, TSDW 이상에서 비정상적인 전도도 특성을 보이며 비일관된 전하 이동을 나타낸다.
• TSDW 이상에서 광학 도전도는 드루드 성분을 보이지 않아 장수명을 가지는 잘 정의된 준입자가 존재하지 않음을 시사한다.
• TSDW 이하에서는 비일관 배경에서 작은 드루드 무게가 나타나지만, 광학, 홀, 비열 데이터에서 명확한 초전도 갭은 관찰되지 않는다.
• Fe₁.₀₃Se₀.₃₀Te₀.₇₀의 초전도 상은 약 11 K의 Tc를 보이며, Hc2는 ab 평면에서 약 51 T, c축에서 약 31 T로 추정되어 매우 높은 상한 임계 자기장을 나타낸다.
• 높은 Hc2는 무작위로 분포된 초과된 Fe 이온에 의한 강한 불순물 산산분열 때문이며, 더러운 한계의 이중밴드 초전도와 일치한다.
• 도핑된 체계에서 낮은 Tc는 이론적으로 예측된 보다 높은 Tc와는 대조되지만, Fe⁺ 이온에 의한 자성 산산분열에 의해 억제된 것으로 보인다.