[论文解读] Determination of anisotropic Hc2 up to 60 T in (Ba0.55K0.45)Fe2As2 single crystals

M. M. Altarawneh, Kristen Collar+4 more|arXiv (Cornell University)|Jul 28, 2008

Iron-based superconductors research被引用 8

一句话总结

本研究通过在高达60 T、低至14 K的脉冲磁场中进行射频穿透深度测量，确定了(Ba0.55K0.45)Fe2As2单晶的各向异性上临界场$H_{c2}(T)$。结果揭示了强烈的温度依赖性各向异性，其值从$T_c$附近的~3.5下降至14 K时的~1.16，且外推得到的$H_{c2}(T=0)$超过75 T，表明该铁基超导体具有极强的抗场能力。

ABSTRACT

The radio frequency penetration depth was measured in the superconductor (Ba$_{0.55}$K$_{0.45}$)Fe$_{2}$As$_{2}$ under pulsed magnetic fields extending to 60 tesla and down to 14 K. Using these data we are able to infer a $H_{c2}(T)$, $H-T$ phase diagram, for applied fields parallel and perpendicular to the crystallographic c-axis. The upper critical field curvature is different for the respective orientations but they each remain positive down to 14 K. The upper critical field anisotropy is moderate, $\approx 3.5$ close to $T_c$, and drops with the decrease of temperature, reaching $\approx 1.2$ at $14 K$. These data and analysis indicate that (i) (Ba$_{0.55}$K$_{0.45}$)Fe$_{2}$As$_{2}$ anisotropy diminishes with temperature and has an unusual temperature dependence, (ii) $H_{c2} (T=0)$ for this compound may easily approach fields of 75 tesla.

研究动机与目标

• 在高磁场和低温条件下，确定(Ba0.55K0.45)Fe2As2的完整$H_{c2}(T)$相图。
• 解析磁场平行和垂直于$c$轴时$H_{c2}$的各向异性。
• 评估零温上临界场$H_{c2}(0)$及其对场抗力的影响。
• 研究观测到的各向异性演化是否暗示维度交叉转变或超导层解耦。

提出的方法

• 采用具有约28 MHz基频的高稳定性罐电路振荡器，进行射频（rf）非接触式穿透深度测量。
• 该技术通过检测磁场引起的谐振频率偏移来实现，其偏移量与射频穿透深度成正比，从而可灵敏追踪超导-正常态转变。
• 测量在60 T脉冲磁体中进行，其上升时间为10 ms，衰减时间为40 ms，有效抑制了样品加热。
• $H_{c2}$值被确定为频率偏移斜率发生变化的场强，标志着正常态行为的开始。
• 对平行和垂直于$c$轴的磁场方向均进行了测量，从而确定了$H_{c2}^\parallel c$和$H_{c2}^\perp c$。
• 计算了各向异性$\gamma = H_{c2}^\perp c / H_{c2}^\parallel c$，并进行拟合以提取其温度依赖性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在(Ba0.55K0.45)Fe2As2中，上临界场$H_{c2}$如何随温度和磁场方向变化？
• RQ2 该铁基超导体中$H_{c2}$各向异性$\gamma$的温度依赖性如何？
• RQ3 能否从高场、低温数据中可靠外推得到零温上临界场$H_{c2}(0)$？
• RQ4 观测到的各向异性演化是否暗示了维度交叉转变或超导层解耦？

主要发现

• 上临界场各向异性$\gamma$从接近$T_c$时的约3.5连续下降至14 K时的1.16。
• $H_{c2}(T)$曲线在两种磁场方向下均在14 K时保持正值且呈凸形，表明未出现再入行为的迹象。
• 将$H_{c2}^\parallel c(T)$和$H_{c2}^\perp c(T)$外推至$T=0$，得到的$H_{c2}(0)$值分别约为75 T和80 T。
• 估算的零温相干长度为$\xi_{\perp c}(0) \approx 34~\AA$和$\xi_{\parallel c}(0) \approx 21.5~\AA$，未发现层解耦的证据。
• 脉冲过程中未观察到滞后或加热现象，证实了良好的热锚定和数据可靠性。
• 结果与早期报道的冷却曲线上存在双峰的现象相矛盾，后者被归因于样品不均匀性或多重相。