[논문 리뷰] Parallel suppression of superconductivity and Fe moment in the collapsed tetragonal phase of Ca0.67Sr0.33Fe2As2 under pressure

Jason R. Jeffries, Nicholas P. Butch외 9명|arXiv (Cornell University)|2014. 01. 29.

Iron-based superconductors research인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 압력 하에서 Ca0.67Sr0.33Fe2As2의 Sr 도핑이 체적 붕괴 전이 동안 철 이온 자화모멘트를 철 이온 자화모멘트와 분리시켜, 붕괴된 테트라곤럴(CT) 상에서 지속적인 철 이온 자화모멘트(~0.4 μB)를 가능하게 한다. 철 이온 자화모멘트는 c축 격자 매개변수에 의해 강하게 제어되며, 이는 비등방성 초전도성의 일반 메커니즘을 지지한다. 여기서는 비등방성 초전도성의 원인이 압력 하에서의 자기 플럭투에이션으로서, Tc의 감소가 철 이온 자화모멘트의 변화를 따라가며 나타난다.

ABSTRACT

Using non-resonant Fe K-beta x-ray emission spectroscopy, we reveal that Sr-doping of CaFe2As2 decouples the Fe moment from the volume collapse transition, yielding a collapsed-tetragonal, paramagnetic normal state out of which superconductivity develops. X-ray diffraction measurements implicate the c-axis lattice parameter as the controlling criterion for the Fe moment, promoting a generic description for the appearance of pressure-induced superconductivity in the alkaline-earth-based 122 ferropnictides (AFe2As2). The evolution of the superconducting critical temperature with pressure lends support to theories for superconductivity involving unconventional pairing mediated by magnetic fluctuations.

연구 동기 및 목표

• 압력 하에서 122 페로판티드의 구조적 상전이, 철 이온 자화모멘트, 초전도성 간의 상호작용을 조사하기 위해.
• 붕괴된 테트라곤럴(CT) 상에서 철 이온 자화모멘트가 일반적으로 억제되는지 여부를 규명하여, 도핑되지 않은 CaFe2As2에서의 이전 가정에 도전하기 위해.
• 특히 c축에 의해 제어되는 격자 매개변수—특히 c축—이 철 이온 자화모멘트 크기와 초전도성 쌍성에 미치는 역할을 규명하기 위해.
• AFe2As2 화합물에서 c축 압축과 자기 및 초전도성 행동 간의 관계를 설명하는 일반 메커니즘에 대한 실험적 증거를 제공하기 위해.
• 철 이온 자화모멘트를 유지하면서 CT 상을 압력 조절을 통해 고Tc 초전도성으로 이끌 수 있는지 탐색하기 위해.

제안 방법

• 고압 조건에서의 철 3d 오비탈 점유 및 자화모멘트 변화를 조사하기 위해 비공진성 철 Kβ X선 발광 스펙트로스코피(XES)를 사용하였다.
• X선 회절(XRD) 측정을 통해 압력 및 온도의 함수로 a축, c축 및 격자 세포 부피 등의 구조적 매개변수를 추적하였다.
• 베릴리움 가스켓과 넨/실리콘 오일 압력 매체를 갖춘 다이아몬드 압력 셀(DAC)을 사용하여 최대 약 10 GPa까지 고압 실험을 수행하였다.
• XES 및 XRD 측정 중 실시간 압력 캘리브레이션으로 루비 발광 및 Cu 격자 매개변수 변화를 사용하였다.
• 고압 협력 접근 팀(HPCAT), 고에너지 광원에서의 비임피드 16-IDD(XES) 및 16-BMD(XRD) 비임피드에서 측정을 수행하였다.
• 온도에 의한 구조적 및 자기 전이를 평가하기 위해 (Ca0.92Nd0.08)Fe2As2의 비교 데이터를 포함하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 압력 하에서 수소 도핑된 CaFe2As2의 붕괴된 테트라곤럴(CT) 상에서 철 이온 자화모멘트가 유지되는가?
• RQ2 CT 상에서 철 이온 자화모멘트의 크기가 특히 c축과 관련이 있는가?
• RQ3 압력 하에서 Tc의 감소는 CT 상에서 철 이온 자화모멘트의 변화와 어떻게 관련되는가?
• RQ4 c축 격자 매개변수는 AFe2As2 시스템에서 철 이온 자화모멘트 및 초전도성의 일반 제어 매개변수로 사용될 수 있는가?
• RQ5 CT 상에서 철 이온 자화모멘트의 유지가 비등방성 초전도성 메커니즘, 즉 자기 플럭투에 의한 쌍성 메커니즘을 지지하는가?

주요 결과

• Ca0.67Sr0.33Fe2As2에서 철 이온 자화모멘트는 압력 하에서 붕괴된 테트라곤럴(CT) 상에서도 상당한 크기(~0.4 μB)를 유지하며, 도핑되지 않은 CaFe2As2에서 관찰된 일반적인 억제 현상과 정반대이다.
• 철 이온 자화모멘트는 c축 격자 매개변수와 강하게 상관되며, c < 10.65 Å일 때 자화모멘트 손실이 발생하며, 이는 Nd 도핑된 CaFe2As2와 동일한 행동을 보인다.
• c축 격자 매개변수는 Fe-As 결합 길이나 As-Fe-As 결합 각도와 같은 내부 구조적 매개변수보다 철 이온 자화모멘트 크기를 더 효과적으로 제어한다.
• 압력 하에서 Tc의 감소는 철 이온 자화모멘트의 감소를 정밀하게 따라가며, 자기 플럭투에 의한 비등방성 쌍성 메커니즘을 지지한다.
• CT 상에서의 부피 수축은 주로 c축의 압축에 의해 주도되며, 이는 c축 조절이 철 이온 자화모멘트 및 초전도성에 대한 주요 제어 요소임을 나타낸다.
• 결과는 c축 격자 매개변수에 의한 자기 플럭투 제어를 기반으로 한 122 페로판티드의 압력 유도 초전도성에 대한 일반적이고 보편적인 기술을 지지한다.