[论文解读] Effect of pressure on transport and magnetotransport properties in CaFe2As2 single crystals

M. S. Torikachvili, S. L. Bud’ko+3 more|ArXiv.org|May 25, 2009

Iron-based superconductors research被引用 7

一句话总结

本研究采用静水压和单轴压力技术，探究CaFe2As2单晶在压力作用下的超导行为，发现非静水压应力下非磁性坍塌四边形（cT）相中出现超导。结果表明，非静水压分量在稳定超导性方面起关键作用，静水压与单轴压力下的Tc(P)趋势一致，并表明在T–cT相变过程中电子能带结构发生显著变化。

ABSTRACT

The effects of pressure generated in a liquid medium, clamp, pressure cell on the in-plane and c-axis resistance, temperature-dependent Hall coefficient and low temperature, magnetoresistance in CaFe2As2 are presented. The T - P phase diagram, including the observation of a complete superconducting transition in resistivity, delineated in earlier studies is found to be highly reproducible. The Hall resistivity and low temperature magnetoresistance are sensitive to different states/phases observed in CaFe2As2. Auxiliary measurements under uniaxial, c-axis, pressure are in general agreement with the liquid medium clamp cell results with some difference in critical pressure values and pressure derivatives. The data may be viewed as supporting the potential importance of non-hydrostatic components of pressure in inducing superconductivity in CaFe2As2.

研究动机与目标

• 确定在静水压条件下CaFe2As2的T–P相图是否具有鲁棒性和可重复性。
• 探究非静水压应力在诱导超导性，特别是坍塌四边形（cT）相中所起的作用。
• 比较在静水压（液体介质）和单轴c轴压力下输运和磁输运的响应。
• 评估Kohler规则在磁阻中的有效性，并推断相变过程中电子结构的变化。
• 解决先前报道中关于cT相在压力下是否存在及稳定性的争议。

提出的方法

• 采用液体介质夹持压力腔施加静水压，最高达~19 kbar，实现面内和c轴方向电阻率测量。
• 进行低温磁输运测量以提取Hc2(T)并评估超导各向异性。
• 利用活塞-圆筒装置沿c轴进行单轴压力实验，以探测非静水压效应。
• 测量温度依赖的霍尔电阻率，以追踪相变过程中载流子浓度和散射行为的变化。
• 对比静水压与单轴压力下的结果，评估应力各向异性对相稳定性和超导性的影响。
• 评估磁阻中偏离Kohler规则的程度，以推断电子能带结构和散射机制的变化。

实验结果

研究问题

• RQ1 CaFe2As2的T–P相图在静水压条件下是否保持可重复？
• RQ2 CaFe2As2中的超导性是否由非静水压应力稳定，特别是在坍塌四边形（cT）相中？
• RQ3 与静水压相比，CaFe2As2在单轴c轴压力下的输运和磁输运特性如何演化？
• RQ4 磁阻中Kohler规则的破坏在多大程度上反映了T–cT相变过程中电子结构的变化？
• RQ5 在单轴压力下cT相是否存在，还是由于各向异性晶格应变而被跳过？

主要发现

• 在静水压下约0.7 kbar处观察到电阻率中完整的超导转变，转变宽度较宽。
• 在静水压下T–cT相变可重复进行，发生于约3 kbar，cT相稳定至约17 kbar。
• 在单轴c轴压力下，超导转变在更低压力（约0.7 kbar）出现，表明各向异性应力下超导性增强。
• 在单轴压力下，低温电阻率降低近五个数量级，表明正常态中散射被强烈抑制。
• c轴电阻率随压力增加比面内电阻率更快，降低了电阻率各向异性并增强了三维特性。
• 磁阻中偏离Kohler规则表明，在低温正交/反铁磁相与cT相之间，能带结构和散射机制发生显著变化。