[논문 리뷰] Reversible tuning of superconductivity in pressurized qausi-one-dimensional A2Cr3As3 (A=K and Rb)

Zhe Wang, Vladimir Sidorov외 11명|arXiv (Cornell University)|2015. 02. 15.

Iron-based superconductors research참고 문헌 5인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 수압 및 축방향 압력을 가했을 때 1차원에 가까운 A2Cr3As3 (A=K, Rb)에서 초전도성의 가역적 억제를 조사한다. 두 압력 유형 모두 Tc를 감소시키며, 축방향 압력이 더 효과적임을 보이며, 지속적인 압력 해제 후 Tc가 완전히 복원됨을 통해 탄성 격자 조정이 가능하다는 것을 확인한다. Cr3As3 체인 내 Cr–Cr 결합 거리 및 각도가 Tc를 결정하는 핵심 구조적 매개변수로 규명되었으며, 순수한 K2Cr3As3는 초전도성 특성이 최적임을 나타낸다.

ABSTRACT

In-situ hydrostatic and uniaxial high pressure studies were performed on recently discovered CrAs-based qausi-one-dimensional superconductors A2Cr3As3 (A=K and Rb). The established Pressure-Temperature phase diagram in this study clearly demonstrates that either hydrostatic pressure or uniaxial pressure globally suppresses the superconducting transition temperature (Tc), and the latter is more effective than the former. Interestingly, in the same hydrostatic pressure environment, the suppressing rate of Tc in Rb2Cr3As3 is nearly twice as that of K2Cr3As3. Significantly, the reduced Tc in these superconductors can fully recover to its ambient-pressure value after the applied pressure is entirely released. Our results suggest that the bonding distance and angle between Cr-Cr in the Cr3As3 chains are the key factor in determining Tc and that the optimal lattice for superconductivity is hosted in the pristine K2Cr3As3.

연구 동기 및 목표

• 1차원에 가까운 A2Cr3As3 (A=K, Rb)에서 초전도 전이 온도(Tc)의 압력 의존적 거동를 조사한다.
• 수압 대비 축방향 압력이 Tc 억제에 미치는 영향을 비교한다.
• 압력을 해제했을 때 Tc 억제가 가역적인지 확인한다.
• 특히 Cr–Cr 결합 거리 및 각도와 같은 구조적 매개변수들이 초전도성 특성을 어떻게 결정하는지 규명한다.

제안 방법

• 수압 고압 측정은 입자형 압축기와 전기 저항도 및 자화율 측정 기법을 사용하여 현장에서 수행되었다.
• 축방향 압력은 특수 설계된 압축기 시스템을 사용하여 이방성 격자 효과를 탐색하였다.
• Tc 변화를 추적하기 위해 압력 의존성 저항도 및 자화율을 측정하였다.
• K2Cr3As3와 Rb2Cr3As3에 대해 다양한 압력 조건에서 Tc-압력 상도를 구축하였다.
• Tc 억제율과 연관된 구조적 매개변수(크롬-크롬 거리 및 각도)를 분석하였다.
• 압력을 완전히 해제하고 대기압 상태의 Tc로 복원 여부를 측정하여 Tc의 가역성을 테스트하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 수압이 K2Cr3As3와 Rb2Cr3As3의 초전도 전이 온도(Tc)에 미치는 영향은 어떠한가?
• RQ2 축방향 압력이 수압보다 Tc 억제에 얼마나 더 효과적인가?
• RQ3 압력을 해제했을 때 Tc 억제가 가역적인가?
• RQ4 Cr3As3 체인 내 어떤 구조적 매개변수가 Tc 억제 정도를 결정하는가?
• RQ5 동일한 수압 조건에서 Rb2Cr3As3의 Tc 억제율이 K2Cr3As3의 약 두 배에 이르는 이유는 무엇인가?

주요 결과

• 축방향 압력은 K2Cr3As3와 Rb2Cr3As3 양자 모두에서 수압보다 Tc 억제에 더 효과적이다.
• 동일한 수압 조건에서 Rb2Cr3As3의 Tc는 K2Cr3As3보다 거의 두 배 빠르게 억제된다.
• 압력을 완전히 해제한 후 Tc가 대기압 상태의 값으로 완전히 복원되며, 이는 가역적 탄성 격자 조정을 의미한다.
• Cr3As3 체인 내 Cr–Cr 결합 거리 및 각도가 Tc를 제어하는 주요 구조적 요소로 규명되었다.
• 순수한 K2Cr3As3는 Tc 억제 속도가 가장 느리므로 초전도성에 최적의 격자 구조를 가진다.
• 결과는 이러한 물질의 초전도성이 특히 Cr3As3 체인 기하학적 변형에 매우 민감함을 시사한다.