[논문 리뷰] New Iron-based oxyarsenides Sr4M2Fe2As2O6(M = Sc, Cr)

Hiraku Ogino, Yukari Katsura외 3명|arXiv (Cornell University)|2009. 03. 30.

Iron-based superconductors research참고 문헌 2인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 테트라곤럴 P4/nmm 구조를 가지며, 반데르플루오르라이트형 FeAs 계층과 퍼보스카이트형 차단 계층을 갖는 새로운 철기반 산 arsen화물 Sr4M2Fe2As2O6 (M = Sc, Cr)의 합성 및 특성화를 보고한다. 이 화합물들은 철기반 산간할라이드에서 관찰된 가장 긴 Fe-Fe 계층 간격(15.8 Å)을 나타내며, 초전도성의 부재는 비 doping된 REFeAsO 체계와 유사하게 부족한 실체 농도에 기인한다.

ABSTRACT

We have discovered new layered oxyarsenides (Fe2As2)(Sr4M2O6) (M = Sc, Cr: M-22426). These materials are isostructural with (Fe2P2)(Sr4Sc2O6), which was found in our previous study. The new compounds are tetragonal with a space group of P4/nmm and consist of the anti-fluorite type FeAs layer and perovskite-type blocking layer. The lattice constants are a = 4.050 A, c = 15.809 A for M = Sc and a = 3.918 A, c = 15.683 A for M = Cr. These compounds have long interlayer Fe-Fe distances corresponding to the c-axis length, the 15.8 A in Sc-22426 is the longest in the iron-based oxypnictide systems. Chemical flexibility of the perovskite block in this system was probed by chromium containing (Fe2As2)(Sr4Cr2O6). Different trends were found in bond angle and bond length of the new oxypnictides compared to the reported systems, such as REFePnO. Absence of superconductivity in these compounds is considered to be due to insufficient carrier concentration as in the case of undoped REFeAsO.

연구 동기 및 목표

• 희토류 원소를 전이 금속으로 치환함으로써 철기반 산간할라이드 시스템의 구조적 유연성을 향상시키는 새로운 시스템 탐색.
• FeAs 계층과 퍼보스카이트형 차단 계층을 갖는 다층 산간할라이드의 구조적 및 전자적 성질 연구.
• 이 물질들에서 초전도성 억제에 기여하는 실체 농도의 역할 규명.
• 기존의 REFePnO 체계와 비교하여 신규 산간할라이드에서의 결합 각도 및 결합 길이 경향 분석.

제안 방법

• 제어된 조건 하에서 고체 반응를 통해 Sr4M2Fe2As2O6 (M = Sc, Cr) 합성.
• 결정 구조 및 격자 상수를 결정하기 위해 X선 회절을 이용한 구조적 특성화.
• 결정 구조 분석을 통해 반데르플루오르라이트형 FeAs 계층과 퍼보스카이트형 차단 계층의 식별.
• 신규 화합물과 REFePnO 체계 간의 결합 각도 및 결합 길이 비교.
• 초전도 전이 온도 및 실체 농도 평가를 위한 전자적 거동 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Sr4M2Fe2As2O6 (M = Sc, Cr)의 결정 구조 및 격자 상수는 무엇이며, 기존의 알려진 산간할라이드와 어떻게 비교되는가?
• RQ2 퍼보스카이트 블록에 크롬이 도핑될 경우 이 화합물의 구조적 및 전자적 성질에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 FeAs 계층이 존재하는 데도 불구하고 이 산간할라이드에서 초전도성이 나타나지 않는 이유는 무엇인가?
• RQ4 Sr4M2Fe2As2O6에서의 결합 각도 및 결합 길이는 REFePnO 체계와 어떻게 다름?
• RQ5 철기반 산간할라이드에서의 전자적 성질을 결정하는 데 있어 계층 간 Fe-Fe 거리의 역할은 무엇인가?

주요 결과

• Sr4M2Fe2As2O6 (M = Sc, Cr) 화합물들은 공간군 P4/nmm을 갖는 테트라곤럴 구조로 결정화된다.
• Sc을 포함한 경우 격자 상수는 a = 4.050 Å, c = 15.809 Å이며, Cr을 포함한 경우 a = 3.918 Å, c = 15.683 Å이다.
• Sc이 포함된 화합물에서 관찰된 Fe-Fe 계층 간격(15.8 Å)은 철기반 산간할라이드 체계에서 관측된 가장 긴 거리이다.
• 이 화합물들은 반데르플루오르라이트형 FeAs 계층과 퍼보스카이트형 차단 계층을 갖는다.
• 퍼보스카이트 블록에서의 화학적 유연성이 크로뮴의 성공적인 도핑을 통해 입증되었다.
• 초전도성의 부재는 비 doping된 REFeAsO 체계와 일치하는 부족한 실체 농도에 기인한다.