[논문 리뷰] Thermal activation energy of 3D vortex matter in NaFe1-xCoxAs (x=0.01, 0.03 and 0.07) single crystals

Woojae Choi, Y. I. Seo외 2명|arXiv (Cornell University)|2017. 06. 27.

Iron-based superconductors research참고 문헌 28인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 c축 및 ab면에 수직으로 적용된 자기장 하에서 NaFe1-xCoxAs 단일결정(x = 0.01, 0.03, 0.07)에서 3차원 비틀림 구조의 열적 활성화 에너지를 자기저항 측정을 통해 조사한다. 자기장 및 온도에 따른 활성화 에너지의 보편적 거듭제곱 법칙 의존성을 규명하였으며, 약 2 T에서 집단적 편재에서 비틀림 편재로의 전이가 발생함을 확인하여, 저온 혼합 상태에서 3차원 비틀림 상이 지배적임을 입증한다.

ABSTRACT

We report on the thermally activated flux flow dependency on the doping dependent mixed state in NaFe1-xCoxAs (x=0.01, 0.03, and 0.07) crystals using the magnetoresistivity in the case of B//c-axis and B//ab-plane. It was found clearly that irrespective of the doping ratio, magnetoresistivity showed a distinct tail just above the Tc, offset associated with the thermally activated flux flow (TAFF) in our crystals. Furthermore, in TAFF region the temperature dependence of the activation energy follows the relation U(T, B)=U_0 (B) (1-T/T_c )^q with q=1.5 in all studied crystals. The magnetic field dependence of the activation energy follows a power law of U_0 (B)~B^(-α) where the exponent α is changed from a low value to a high value at a crossover field of B=~2T, indicating the transition from collective to plastic pinning in the crystals. Finally, it is suggested that the 3D vortex phase is the dominant phase in the low-temperature region as compared to the TAFF region in our series samples.

연구 동기 및 목표

• 도핑 농도에 따른 NaFe1-xCoxAs 단일결정에서의 열적 활성화 플럭스 유동(TAFF) 거동 이해
• 혼합 상태에서 활성화 에너지의 온도 및 자기장 의존성 규명
• 다양한 도핑 농도에서 비틀림 편재의 성격(집단적 vs. 비틀림) 규명
• 저온 혼합 상태에서 3차원 비틀림 상의 기여 역할 규명

제안 방법

• c축 및 ab면에 자기장을 적용한 상태에서 x = 0.01, 0.03, 0.07인 단일결정에서 자기저항 측정 수행
• 모든 샘플에서 q = 1.5로 일관되며, U(T, B) = U₀(B)(1 - T/Tc)^q 관계를 사용하여 활성화 에너지의 온도 의존성 분석
• U₀(B)의 자기장 의존성을 거듭제곱 법칙 U₀(B) ∝ B^(-α)로 피팅하여, 약 2 T에서 α의 전이가 발생함을 규명
• α의 전이 현상은 집단적 편재에서 비틀림 편재로의 메커니즘 전이를 나타냄
• 활성화 에너지의 행동을 추출하기 위해 Tc를 略로 약간 초과하는 TAFF 영역에 집중 분석

실험 결과

연구 질문

• RQ1 도핑된 NaFe1-xCoxAs 결정에서 열적 활성화 에너지는 온도 및 자기장에 어떻게 의존하는가?
• RQ2 비틀림 편재의 성격(집단적 또는 비틀림)은 자기장에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ3 이 시스템에서 집단적 편재에서 비틀림 편재로의 전이가 발생하는 자기장은 어느 수준인가?
• RQ4 이 초전도체의 저온 혼합 상태에서 3차원 비틀림 상이 지배적인가?

주요 결과

• 모든 도핑 농도에서 활성화 에너지의 온도 의존성이 U(T, B) = U₀(B)(1 - T/Tc)^1.5로 일관되며, 이는 보편적 행동을 나타냄
• U₀(B)의 자기장 의존성이 거듭제곱 법칙 U₀(B) ∝ B^(-α)를 따르며, 약 2 T에서 α 값이 증가하는 전이가 발생함
• 약 2 T에서의 전이는 비틀림 구조에서 집단적 편재로의 전이를 나타냄
• TAFF 특성에 기반하여, 저온 혼합 상태에서 3차원 비틀림 상이 지배적임을 확인함
• 모든 도핑 농도에서 Tc를 略로 약간 초과하는 영역에서 뚜렷한 TAFF 尾를 관측하여 열적 활성화 플럭스 유동을 확인함