[논문 리뷰] Magnetic measurements and 57Fe Mossbauer spectroscopy in oxygen deficient SmFeAsO0.85

I. Felner, I. Nowik외 5명|ArXiv.org|2008. 05. 19.

Iron-based superconductors research인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 자성 측정 및 57Fe 모스바우어 분광법을 사용하여 산소 결함이 있는 SmFeAsO0.85(Tc = 52.4 K)를 조사하여, 초전도성과 자성이 미세구조 수준에서 공존하고 있음을 밝혀냈다. 모스바우어 스펙트럼의 더블릿 성분은 산소 공여 부근의 Fe 위치에 기인하며, Tc 이하에서 자성 세시트렛을 나타내어 FeAs 계면에서 초전도성과 자성이 공존하고 있음을 시사한다. 이는 77 K에서 2차 FeAs 상의 정렬으로 인한 것으로 가능성이 있다.

ABSTRACT

Magnetic measurements and 57Fe Mossbauer spectroscopy studies were performed on oxygen- deficient high temperature superconductor SmFeAsO0.85 with TC=52.4 K. The upper-critical behavior (HC2) values were extracted from the real part of ac measurements. The field dependence of HC2 is consistent with a two band model. Mössbauer spectra below and above TC consist of a singlet and a doublet, which are attributed to Fe ions which have two or one oxygen ions in their close vicinity, respectively. No change is observed in the major (~75%) singlet related to Fe ions surrounded by two oxygen ions. On the other hand, the doublet which senses oxygen vacancies shows a well defined magnetic sextet below TC. This indicates coexistence on a microscopic level of the two mutually exclusive states namely: superconductivity which is confined to the Fe-As layers and magnetism, in the same layers. Alternatively, the hyperfine parameters of the doublet are similar to the reported values of FeAs which orders magnetically at 77 K. Thus the magnetic features observed below TC, may be related to FeAs as an extra phase.

연구 동기 및 목표

• 산소 결함이 있는 희토류 철산화산화물 SmFeAsO0.85에서 초전도성과 자성의 상호작용을 조사하기 위해.
• 57Fe 모스바우어 분광법을 사용하여 Fe 이온의 국소 전자 및 자성 환경을 규명하기 위해.
• 자성 정렬이 FeAs 계면 내재적 특성인지 또는 2차 FeAs 상의 영향인지 명확히 하기 위해.
• 상한 임계장(HC2)의 행동을 추출하고, 이가 이중 밴드 초전도 모델과 일관한지 평가하기 위해.

제안 방법

• 상한 임계장(HC2)을 교류 자화율의 실수부에서 추출하기 위해 교류 자성 측정을 사용하였다.
• 초전도 전이 온도(Tc = 52.4 K) 이하 및 이상에서 57Fe 모스바우어 분광법을 수행하였다.
• 스펙트럼은 강도 75%의 싱เก릿과 각각 산소 원자 두 개 또는 한 개를 둘러싼 Fe 이온에 할당된 더블릿으로 분해되었다.
• Tc 이하에서 더블릿 성분의 자성 거동을 분석하여 자성 정렬 존재 여부를 확인하였다.
• 더블릿의 초자기 파arameter를 77 K에서 자성을 띠는 FeAs의 알려진 값과 비교하였다.
• 관측된 데이터와 일치하는 이중 밴드 모델을 적용하여 HC2의 외부 자기장 의존성을 해석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SmFeAsO0.85에서 산소 공여의 존재가 국소 자성 상태를 유도하여 초전도성과 공존하는가?
• RQ2 Tc 이하에서 더블릿 성분에 대해 관찰된 자성 세시트렛의 기원은 무엇인가?
• RQ3 더블릿 영역에서 관찰된 자성 거동은 내재된 FeAs 계면 자성에 기인하는가, 아니면 2차 FeAs 상에 기인하는가?
• RQ4 SmFeAsO0.85에서 HC2의 자기장 의존성은 이중 밴드 초전도 모델의 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ5 더블릿의 초자기 파aram터는 77 K에서 자성을 띠는 거친 FeAs의 값과 일치하는가?

주요 결과

• 산소 공여 부근의 Fe 이온에 기인하는 모스바우어 스펙트럼의 더블릿 성분은 Tc 이하에서 명확한 자성 세시트렛을 나타내어 국소 자성 정렬이 존재함을 시사한다.
• 산소 이웃이 두 개인 Fe 이온에 관련된 싱게릿 성분은 Tc를 기준으로 변화가 없으며, 이는 자성 또는 초전도 전이에 관여하지 않는다는 것을 의미한다.
• 더블릿의 초자기 파aram터는 77 K에서 자성을 띠는 FeAs에서 보고된 값과 일치하여 2차 FeAs 상 존재 가능성을 시사한다.
• HC2의 자기장 의존성은 이중 밴드 초전도 모델에 잘 맞으며, SmFeAsO0.85에서 다중밴드 쌍성의 존재를 지지한다.
• Tc를 기준으로 주된 싱게릿 성분에서 구조적 또는 전자적 상전이의 증거가 없어, 초전도성은 이 Fe 이온 환경의 변화에 의해 유도되지 않는다는 것을 시사한다.
• 초전도성과 자성이 미세구조 수준에서 공존함을 관찰하였으며, 자성은 Fe-As 계면에 국한되어 있고 초전도성 역시 동일한 계면에서 발생하므로, 이 둘의 복잡한 상호작용이 존재함을 시사한다.