[論文レビュー] Enhanced superconductivity in F-doped LaO1-xFxBiSSe

Xiao‐Chuan Wang, Dongyun Chen+6 more|arXiv (Cornell University)|Apr 30, 2014

Iron-based superconductors research参考文献 1被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、フッ素ドーピングが金属的性質を誘発し、超伝導転移温度を3.8 Kまで上昇させるFドーピングLaO1-xFxBiSSeにおける超伝導性の向上を示している。これは、類縁化合物であるLaO0.5F0.5BiS2の3.2 Kよりも高い値である。この向上は、x ≈ 0.5における最適なキャリアドーピングと格子拡張に起因するとされる。二段階固相反応法を用いた合成により達成された。

ABSTRACT

The layered compound LaOBiSSe was successfully synthesized by a two-step solid-state reaction method, which is isostructural with the quaternary compound LaOBiS2 indicated by the powder X-ray diffraction characterization, and the crystal lattice parameters are slightly expanded by the substitution of Se atoms. Electrical transport measurement shows that LaOBiSSe exhibits semiconducting behavior similar with the parent compound LaOBiS2, while by F-doping the samples can be much more easily turned to be metallic and superconducting at low temperature with a small amount of F. Under the optimal carrier doping concentration of F ~ 0.5, the superconducting critical temperature of LaO0.5F0.5BiSSe is clearly enhanced up to a value of 3.8 K than the 3.2 K of LaO0.5F0.5BiS2.

研究の動機と目的

• LaOBiSSeの電子的および超伝導的性質に及ぼすフッ素ドーピングの影響を調査すること。
• 母体化合物と比較して、LaOBiS2におけるSe置換が超伝導転移温度（Tc）を向上させるかどうかを特定すること。
• 層状Bi基チalcogen化物系における超伝導性のチューニングに、キャリアドーピングと格子構造が果たす役割を調査すること。
• 同一ドーピング条件下でのLaO1-xFxBiSSeとLaO1-xFxBiS2の超伝導挙動を比較すること。

提案手法

• 相純度の高い試料を得るため、二段階固相反応法を用いてLaOBiSSeの合成を行う。
• LaO1-xFxBiSSeにおける系統的なフッ素ドーピング（x = 0 から 0.5）を実施し、キャリア濃度を調整する。
• 粉末X線回折（XRD）を用いて結晶構造の確認と、Se置換に起因する格子拡張を評価する。
• 電気的輸送測定を実施し、半導体的から金属的への転移および超伝導転移温度（Tc）を評価する。
• 同等のドーピングレベルにおけるLaO1-xFxBiSSeとLaO1-xFxBiS2のTc値を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フッ素ドーピングはLaOBiSSeに超伝導性を誘発するか？ もし誘発されるならば、Tcが最大に達するドーピングレベルは何か？
• RQ2 LaOBiS2におけるSのSe置換が、得られるLaOBiSSe化合物の格子構造および電子構造にどのように影響を与えるか？
• RQ3 FドーピングされたLaOBiSSeにおいて、キャリア濃度、格子拡張、および強化された超伝導転移温度（Tc）との関係は何か？
• RQ4 FドーピングされたLaOBiSSeのTcは、類縁のFドーピングLaOBiS2化合物と比較してどのように異なるか？

主な発見

• 電気的輸送測定により、未ドーピング状態のLaOBiSSeは半導体的性質を示すことが確認された。
• フッ素ドーピングにより、半導体的から金属的性質への転移が誘発され、低温で超伝導性が発現する。
• 超伝導転移温度（Tc）は、LaO0.5F0.5BiSSeにおける最適なFドーピング濃度（x ≈ 0.5）で最大の3.8 Kに達する。
• LaO0.5F0.5BiSSeのTc（3.8 K）は、類縁のLaO0.5F0.5BiS2化合物（3.2 K）よりも高いことから、Se置換に起因する超伝導性の向上が示された。
• 粉末X線回折により、LaOBiSSeがLaOBiS2と同構造的であり、Seの導入に起因するわずかな格子拡張が確認された。