[논문 리뷰] Experimental observation of an anomalous peak in isofield M(T) curves in BaFe$_2$(As$_{1-x}$P$_x$)$_2$ resembling the fish-tail in $M$($H$) curves further suggesting a possible phase transition in the irreversible regime

S. Salem-Sugui, J. Mosqueira외 6명|arXiv (Cornell University)|2015. 01. 23.

Iron-based superconductors research참고 문헌 39인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 바륨 철 인산화물 초전도체 BaFe₂(As₀.₆₈P₀.₃₂)₂ 단일 결정에서 이소필드 M(T) 곡선에서 관측된 이례적인 피크를 최초로 보고하며, 비가역 영역에서 비틀림 격자 상전이를 시사한다. 이 피크는 이완 속도 최소값과 구조 전이 모델과 관련되어 있으며, 이론적 표현에 대한 피팅을 통해 사각형 격자로의 변환을 통해 비틀림-사각형 격자 전이가 일어남을 보여주며, 철기반 초전도체에서 비틀림 격자 상전이에 대한 강력한 증거를 제공한다.

ABSTRACT

We measure magnetization as a function of temperature, magnetic field and time in a BaFe$_2$(As$_{0.68}$P$_{0.32}$)$_2$ single crystal with $T_c$ = 27.6 K. The fish-tail observed on many $M$($H$) curves are used to construct isofield $M$($T$) curves which show an anomalous peak at some temperature $Tt$ suggesting a possible phase transition in the irreversible regime. A vortex dynamics study performed along the peaks evidences a minimum in the relaxation rate occurring at the same position $Tt$ of the minimum value of $M$ in these peaks. A vortex dynamics study performed on $M$($H$) curves show two distinct minimum in the relaxation rate: a first minimum ($H1$) for a lower field correlating with $Tt$ and a second ($H2$) correlating with the peak in the fish-tail. A phase diagram is constructed and the line corresponding to $Tt$ and $H1$ points obey an expression developed in the literature for a structural rhombic to square lattice phase transition, further supporting this view.

연구 동기 및 목표

• BaFe₂(As₀.₆₈P₀.₃₂)₂ 단일 결정에서 이소필드 M(T) 곡선의 이례적 특성의 기원을 조사하기 위해.
• 관측된 M(T) 곡선의 피크가 비가역 영역에서의 상전이에 해당하는지 확인하기 위해.
• 철기반 초전도체에서 비틀림 운동, 이완 속도 및 제2 자화 피크(SMP) 간의 관계를 탐색하기 위해.
• 관측된 전이가 비틀림-사각형 격자 상전이에 대한 이론적 모델과 일치하는지 시험하기 위해.

제안 방법

• 제로 필드 냉각 후 이소항력 M(H) 곡선 측정을 통해 제2 자화 피크(SMP) 또는 '물고기 꼬리' 특징을 식별하기 위해.
• 고정된 자기장에서 M(H) 데이터로부터 자화 값을 추출하여 이소필드 M(T) 곡선을 구성하기 위해.
• 이례적인 M(T) 피크를 따라 자화 이완 속도 R(T)를 분석하여 M(T) 최소값과 관련된 최소값을 식별하기 위해.
• 고정된 온도에서 M(H) 및 이완 속도 R(H)를 측정하여 SMP 영역에서의 비틀림 운동을 맵핑하기 위해.
• Tt–H₁ 선을 비틀림-사각형 격자 상전이에 대한 이론적 표현에 맞추어 피팅하기 위해: H_spt = A(T₀ - T)/(C^(ν-1)T^ν).
• 이론적 피팅에 λ = 108 nm 및 Lz ≈ 10⁻⁴ cm를 입력 매개변수로 사용하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 BaFe₂(As₀.₆₈P₀.₃₂)₂에서 이소필드 M(T) 곡선의 이례적인 피크는 비가역 영역에서의 상전이를 나타내는가?
• RQ2 피크는 비틀림 이완 속도의 최소값과 관련되어 있는가, 이는 비틀림 격자의 구조적 변화를 시사하는가?
• RQ3 이완 속도 최소값에서 식별된 H₁ 및 H₂는 SMP의 알려진 특징(H_on 및 H_p)과 관련이 있는가?
• RQ4 Tt–H₁ 선은 비틀림-사각형 격자 상전이에 대한 이론적 모델로 기술될 수 있는가?

주요 결과

• 이소필드 M(T) 곡선에서 Tt ≈ 23 K에서 이례적인 피크가 관측되어 비가역 영역에서의 상전이 가능성을 시사한다.
• Tt에서 M(T)의 최소값이 이완 속도 R(T)의 최소값과 일치하여 비틀림 격자의 연약해짐을 시사한다.
• 이완 속도 R(H)에서 두 개의 명확한 최소값을 식별하였다: H₁ ≈ 1.5 T (Tt와 관련), H₂ ≈ 2.5 T (H_p와 관련).
• Tt–H₁ 선은 비틀림-사각형 격자 상전이에 대한 이론적 표현에 성공적으로 피팅되었으며, A = 0.98 Tc, T₀ = 26.1 K, ν = 0.85의 값을 도출하였다.
• 피팅된 매개변수들은 Ba(Fe,Co)₂As₂ 및 La₂₋ₓSrₓCuO에서 유사한 연구에서 얻은 값들과 일치하여 상전이 해석의 타당성을 뒷받침한다.
• 다수의 ZFC 측정에서 이례적인 피크의 재현 가능성과 Yb₃Rh₄Sn₁₃에서 유사한 피크 관측으로 인해 이 현상은 더 넓은 범위에서의 관련성을 지닌다.