[논문 리뷰] Superconductivity at 36 K in beta-Fe1.01Se with the compression of the interlayer separation under pressure

Sergey A. Medvedev, Tyrel M. McQueen외 9명|ArXiv.org|2009. 03. 12.

Iron-based superconductors research참고 문헌 22인용 수 567

한 줄 요약

이 연구는 β-Fe1.01Se에 수소압을 가함으로써 초전도 전이 온도(Tc)가 8.5 K에서 8.9 GPa에서 최대 36.7 K로 증가함을 보여주며, 이는 층 간 거리의 붕괴로 인한 것이다. 자화 순서의 억제와 선형 저항률 행동은 비보수 초전도성을 지지하며, 고압에서 NiAs 유사 구조로의 구조 전이가 비도체적이고 비자화적 행동을 유도하여 밴드 구조 계산에서 전자 상호작용 보정이 필요하다.

ABSTRACT

In this letter, we report that the superconductivity transition temperature in beta-Fe1.01Se increases from 8.5 to 36.7 K under applied pressure of 8.9 GPa. It then decreases at higher pressure. A dramatic change in volume is observed at the same time Tc rises, due to a collapse of the separation between the Fe2Se2 layers. A clear transition to a linear resistivity normal state is seen on cooling at all pressures. No static magnetic ordering is observed for the whole p-T phase diagram. We also report that at higher pressure (starting around 7 GPa and completed at 38 GPa), Fe1.01Se transforms to a hexagonal NiAs-type structure and displays non-magnetic, insulating behavior. The inclusion of electron correlation in band structure caculations is necessary to describe this behavior, signifying that such correlations are important in this chemical system. Our results strongly support unconventional superconductivity in beta-Fe1.01Se.

연구 동기 및 목표

• β-Fe1.01Se의 초전도성에 대한 압력 의존성을 조사하기 위해.
• 압력 하에서 Tc 향상와 함께 수반되는 구조적 및 전자적 변화를 규명하기 위해.
• Fe1.01Se의 고압 상에서 전자 상호작용의 역할을 평가하기 위해.
• 이 시스템에서의 초전도성의 성격(보수적 대비 비보수적)을 평가하기 위해.
• 고압 NiAs 유사 상에서 비도체적 행동의 발생을 탐색하기 위해.

제안 방법

• 최대 38 GPa의 압력을 얻기 위해 입방 압착기(카비트 압착기)를 사용하여 수소압을 적용함.
• 초전도 전이와 정상 상태 행동을 추적하기 위해 전기 저항 측정을 수행함.
• 특히 Fe2Se2 계층 간 거리의 붕괴를 모니터링하기 위해 X선 회절을 사용함.
• 고압 X선 회절을 통해 약 7 GPa에서 헥사고날 NiAs 유사 구조로의 상 전이를 확인함.
• 전자 상호작용을 고려한 전자 밀도 함수 이론(DFT+U) 계산을 수행하여 전자 구조를 모델링하고 비도체적 행동을 설명함.
• 자기 순환도 및 중성자 회절을 사용하여 압력-온도 상도도 전역에서 정적 자화 순서가 존재하지 않음을 확인함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 수소압은 β-Fe1.01Se의 초전도 전이 온도에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 압력 하에서 Tc 향상와 함께 수반되는 구조적 변화는 무엇인가?
• RQ3 정상 상태에서 선형 저항률이 관찰되는가? 이는 비보수 초전도성의 징후이다.
• RQ4 상도도 전역에서 초전도 상태 또는 정상 상태에서 자화 순서의 증거가 있는가?
• RQ5 고압 상의 전자적 성격은 무엇이며, 전자 상호작용은 그 행동에 어떻게 영향을 미치는가?

주요 결과

• 8.9 GPa의 수소압 하에서 Tc가 8.5 K에서 최대 36.7 K로 증가함.
• Tc 상승과 함께 Fe2Se2 계층 간 거리의 급격한 감소가 관찰되어 초전도성의 구조적 제어를 시사함.
• 모든 압력에서 정상 상태에서 선형 저항률이 관찰되어 비보수 쌍형성 메커니즘을 지지함.
• 압력-온도 범위 전역에서 정적 자화 순서가 검출되지 않아 자화 기반 쌍형성은 배제됨.
• 약 7 GPa 이상의 압력에서 Fe1.01Se는 헥사고날 NiAs 유사 구조로 전이되며 비자화적이고 비도체적 행동을 나타냄.
• 전자 상호작용 효과(DFT+U를 통한)는 고압 상의 전자 구조를 기술하는 데 필수적이며 강한 상호작용 효과를 시사함.