[논문 리뷰] Nematic properties of FeSe$_{1-x}$Te$_{x}$ crystals with a low Te content

E. A. Ovchenkov, Д. А. Чареев외 8명|arXiv (Cornell University)|2019. 09. 02.

Iron-based superconductors research참고 문헌 29인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 저티 덴드 FeSe1-xTex 단일결정( x = 0.17, 0.21, 0.25)에서 나이템성 성질을 조사하며, 고체용액을 안정화하기 위해 고온에서 플럭스 방법을 사용하여 고품질의 샘플을 합성한다. 전송 측정 결과, 약 70–60 K에서 나이템성 전이가 관찰되며, x > 0.17에서 정공에서 전자로의 실체 유형 전환이 발생하고, 탄성저항도에서 양성에서 음성으로의 부호 전환이 나타나, 나이템성의 강한 전자적 기원이 피어슨 표면 구조와 양자临계점과 관련이 있음을 시사한다.

ABSTRACT

We report on the synthesis and physical properties of FeSe$_{1-x}$Te$_x$ single crystals with a low Te content (x = 0.17, 0.21, 0.25), where the replacement of Se with Te partially suppresses superconductivity. Resistivity and Hall effect measurements indicate weak anomalies at elevated temperatures ascribed to nematic transitions. A quasi-classical analysis of transport data, including in a pulsed magnetic field of up to 25 T, confirms the inversion of majority carriers type from holes in FeSe to electrons in FeSe$_{1-x}$Te$_x$ at x $>$ 0.17. The temperature-dependent term in the elastoresistance of the studied compositions has a negative sign, which means that for substituted FeSe compositions, the elastoresistance is positive for hole-doped materials and negative for electron-doped materials just like in semiconductors such as silicon and germanium.

연구 동기 및 목표

• 저티 함량(x < 0.3)을 가진 고품질의 FeSe1-xTe x 단일결정을 합성하여 FeSe 기반 시스템의 나이템성 상도를 완성한다.
• 화학적 압력 하에서 FeSe1-xTe x에서 나이템성 질서의 발생과 전자 운반체 운반 특성 간의 상호작용을 조사한다.
• Te 도핑에 따른 실체 유형 전환과 탄성저항도 행동을 규명한다.
• 철기 초전도체에서 나이템성, 피어슨 표면 구조, 양자临계점 간의 관계를 탐색한다.

제안 방법

• FeSe의 분해점 약간 상회는 온도에서 고온 플럭스 방법을 사용하여 고품질의 FeSe1-xTe x 단일결정을 합성하여 Te의 용해도와 확산을 향상시켰다.
• 자기장 최대 25 T까지의 저항도 및 홀 효과 측정을 수행하여 실체 유형과 운반체 이방성을 분석하였다.
• 탄성저항도 측정을 통해 외부 응력에 대한 전자적 반응을 조사하였으며, 단축 응력 하에서 온도에 따른 저항도 변화로부터 탄성저항도 계수 C^EL을 추출하였다.
• 자기장(최대 25 T)에서의 홀 및 종방향 저항도 데이터를 삼밴드 모델로 피팅하여 실체 농도와 이동도를 추출하였다.
• 에너지 분산 스펙트로스코피(EDS)를 사용하여 결정 내 실제 Te 농도(x_EDS)를 측정하였으며, 명시된 도핑 수준을 확인하였다.
• 구조 전이 온도 T_N은 dρ_xx/dT의 도함수에서 식별되었으며, 초전도 전이 온도 T_c는 ρ_xx(T) 곡선에서 추출되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 저티 도핑(x < 0.3)이 FeSe1-xTe x에서 나이템성 전이를 유도하는가? 그리고 그 전이 온도는 얼마인가?
• RQ2 Te 함량 증가에 따라 FeSe1-xTe x의 실체 유형이 정공에서 전자로 전환되는가? 그 전환점은 어느 x에서 발생하는가?
• RQ3 탄성저항도 계수 C^EL의 부호는 Te 도핑에 따라 어떻게 변화하는가? 이는 나이템성의 전자적 성질을 어떻게 드러내는가?
• RQ4 FeSe1-xTe x에서 나이템성 전이 온도 T_N과 총 실체 농도 n_∑ 사이에 상관관계가 있는가?
• RQ5 Fermi 수준이 Van Hove 특이점과 겹치는 x ≈ 0.15 근처에서 양자临계점 근처의 운반체 이상 현상이 관찰되는가?

주요 결과

• 순수한 FeSe에서 T_N은 약 85 K에서 시작하여, x = 0.17일 때 약 70 K, x = 0.21일 때 약 60 K, x = 0.25일 때 약 60 K로 감소함으로써, Te 도핑에 따라 나이템성 질서가 억제됨을 나타낸다.
• x > 0.17에서 FeSe의 정공이 FeSe1-xTe x에서 전자로 실체 유형 전환이 명확히 관찰되며, 홀 효과 및 자기장 운반체 분석에 의해 확인된다.
• x = 0.17, 0.21, 0.25인 FeSe1-xTe x에서 탄성저항도 계수 C^EL은 음성 부호를 가지며, 이는 전자 도핑 시스템(Ge 및 Si와 유사)에서 관찰되는 음성 탄성저항도를 나타낸다.
• x = 0.17일 때 삼밴드 피팅 결과, n_h = 11.5×10^19 cm⁻³ (μ_h = 303 cm²/Vs), n_e1 = 11.9×10^19 cm⁻³ (μ_e1 = 343 cm²/Vs), n_e2 = 0.32×10^19 cm⁻³ (μ_e2 = 1830 cm²/Vs)를 도출하였다.
• x = 0.21일 때 피팅 결과, n_h = 13.3×10^19 cm⁻³ (μ_h = 152 cm²/Vs), n_e1 = 14.7×10^19 cm⁻³ (μ_e1 = 163 cm²/Vs), n_e2 = 0.11×10^19 cm⁻³ (μ_e2 = 890 cm²/Vs)를 얻었으며, 전자 지배가 확인되었다.
• 총 실체 농도 n_∑의 局부 최소값이 T_N의 국부 최대값과 일치함으로써, 나이템성 전이의 전자적 기원을 지지한다.