[논문 리뷰] Intergrain effects in the AC susceptibility of polycrystalline LaFeAsO_{0.94}F_{0.06}: comparison with cuprate superconductors

Gaetano Bonsignore, A. Agliolo Gallitto M. Li Vigni외 4명|arXiv (Cornell University)|2010. 05. 21.

Iron-based superconductors research인용 수 24

한 줄 요약

이 연구는 영구자기장이 없는 조건에서 온도, 교류자기장 진폭(0.003–4 Oe), 주파수(10–100 kHz)를 변화시켜 다결정 라이트륨철 arsenide 산화물 LaFeAsO₀.₉₄F₀.₀₆에서의 다결정 간 상호작용을 교류 자화율 측정을 통해 조사한다. χ(T)에서 관찰되는 이중 전이 특성은 각기 다른 결정립과 다결정 간 상호작용 반응을 나타내며, 다결정 간 반응은 H_ac와 f에 매우 민감하다. 주요 발견은 다결정 간 임계전류가 조셉슨 결합을 통한 것임을 확인했으며, 조셉슨 비오르트의 포획이 아니라, 이는 유동자기비판상태 모델과의 일관성에 의해 뒷받iesen 된다.

ABSTRACT

The AC susceptibility at zero DC magnetic field of a polycrystalline sample of LaFeAsO_{0.94}F_{0.06} (T_c = 24 K) has been investigated as a function of the temperature, the amplitude of the AC magnetic field (in the range Hac = 0.003 - 4 Oe) and the frequency (in the range f = 10 kHz - 100 kHz). The temperature dependence of the AC susceptibility exhibits the typical two-step transition arising from the combined response of superconduncting grains and intergranular weak-coupled medium. The intergranular part of the susceptibility strongly depends on both the amplitude and the frequency of the AC driving field, from few Kelvin below T_c down to T = 4.2 K. Our results show that, in the investigated sample, the intergrain critical current is not determined by pinning of Josephson vortices but by Josephson critical current across neighboring grains.

연구 동기 및 목표

• 다결정 라이트륨철 arsenide 산화물 LaFeAsO₀.₉₄F₀.₀₆에서 교류 자화율을 이용하여 다결정 간 초전도 거동을 조사하기 위해.
• 철기반 산화물계 초전도체에서 다결정 간 임계전류가 조셉슨 결합에 의해 제한되는지, 아니면 조셉슨 비오르트의 포획에 의해 제한되는지 확인하기 위해.
• 이 철기반 초전도체의 전자기적 반응을 구리산염 초전도체와 비교하기 위해.
• 교류 자화율의 주파수 및 진폭 의존성을 분석하여 다결정 영역 내 유동역학을 규명하기 위해.

제안 방법

• 영구자기장이 없는 조건에서 온도(4.2–30 K), 교류자기장 진폭(0.003–4 Oe), 주파수(10–100 kHz) 범위에서 교류 자화율 χ = χ′ + iχ′′을 측정하였다.
• 실수부와 허수부를 분리하기 위해 상호유도 자화율계를 사용하고 락인 검출 기법을 적용하였다.
• AFM 분석 결과, 미크론 크기의 결정립이 더 미세한 결정립 기반 구조에 산재해 있음을 확인하여 표본의 비균질성을 나타내었다.
• 유동자기비판상태 모델(FFCS) 기반의 모델을 적용하였으며, 다결정 간 차폐는 조셉슨 임계전류에 의해 제한된다고 가정하였다.
• χ′(H_ac)의 자기장 포화 행동에서 유도된 바, 다결정 영역의 부피분율은 약 15%로 추정되었다.
• 이론적 χ_m(H_ac) 곡선은 일정한 J_c = 1×10⁴ A/m² 를 가정하고 반복적으로 계산하여 실험 결과와 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다결정 라이트륨철 arsenide 산화물 LaFeAsO₀.₉₄F₀.₀₆에서 교류 자화율의 이중 전이 현상은 무엇에 기인하는가?
• RQ2 다결정 간 임계전류 밀도는 교류자기장 진폭과 주파수에 어떻게 의존하는가?
• RQ3 다결정 간 반응은 조셉슨 결합에 의해 지배되는가, 아니면 조셉슨 비오르트의 포획에 의해 지배되는가?
• RQ4 이 철기반 초전도체의 전자기적 반응은 구리산염 초전도체와 어떻게 비교되는가?
• RQ5 차폐에 기여하는 초전도 결정립의 효과적 부피분율은 얼마인가?

주요 결과

• χ(T) 곡선은 초전도 결정립과 다결정 간 약결합 영역의 상이한 반응으로 인해 이중 전이 특성을 나타낸다.
• 다결정 간 차폐는 H_ac 증가에 따라 감소하며, 특히 T_c 이하에서는 주파수 의존성이 뚜렷하다.
• 차폐에 기여하는 다결정 영역의 부피분율은 전체 표본 부피의 약 15%로 추정된다.
• 10 kHz에서의 χ(H_ac) 곡선은 유동자기비판상태 모델의 저주파수 근사와 일치하여, 비판상태 행동을 나타낸다.
• 100 kHz에서의 χ(H_ac) 곡선은 동일 모델의 고주파수 유동자기 영역과 일치하여 동적 반응을 확인한다.
• 결과는 다결정 간 임계전류가 다결정 경계에서의 조셉슨 임계전류에 의해 제한되며, 비오르트 포획에 의해 제한되지 않는다는 것을 강력히 시사한다.