[論文レビュー] Parallel suppression of superconductivity and Fe moment in the collapsed tetragonal phase of Ca0.67Sr0.33Fe2As2 under pressure

Jason R. Jeffries, Nicholas P. Butch+9 more|arXiv (Cornell University)|Jan 29, 2014

Iron-based superconductors research被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、Srドーピングを施したCa0.67Sr0.33Fe2As2において、圧力下でFeスピンモーメントが体積収縮転移から分離されることを明らかにした。これにより、収縮テトラゴナル（CT）相においても持続的なFeスピンモーメント（約0.4 μB）が維持される。Feスピンモーメントはc軸格子定数に強く依存しており、パラメトリックな磁気フラクチュエーションが非対称的超伝導を駆動する一般的なメカニズムを支持する。超伝導転移温度Tcの低下は、Feスピンモーメントの変化と一致する。

ABSTRACT

Using non-resonant Fe K-beta x-ray emission spectroscopy, we reveal that Sr-doping of CaFe2As2 decouples the Fe moment from the volume collapse transition, yielding a collapsed-tetragonal, paramagnetic normal state out of which superconductivity develops. X-ray diffraction measurements implicate the c-axis lattice parameter as the controlling criterion for the Fe moment, promoting a generic description for the appearance of pressure-induced superconductivity in the alkaline-earth-based 122 ferropnictides (AFe2As2). The evolution of the superconducting critical temperature with pressure lends support to theories for superconductivity involving unconventional pairing mediated by magnetic fluctuations.

研究の動機と目的

• 122鉄pn正反対化合物における圧力下の構造的相転移、Fe磁気モーメント、超伝導性の相乗的相互作用を調査すること。
• 収縮テトラゴナル（CT）相においてFeモーメントが普遍的に消滅するかどうかを特定し、ドーピングされていないCaFe2As2からの従来の仮定に挑戦すること。
• 特にc軸がFeモーメントの大きさと超伝導ペアリングに果たす役割を明確にすること。
• AFe2As2化合物におけるc軸圧縮と磁気的および超伝導的挙動の関係を示す実験的証拠を提供すること。
• Feモーメントを維持したままCT相を圧力調整で制御することで、高Tc超伝導の実現可能性を検討すること。

提案手法

• 高圧下でのFe 3d電子状態と磁気モーメントの時間的変化を調査するために、非共鳴的Fe Kβ X線発光分光法（XES）が用いられた。
• X線回折（XRD）測定により、a軸、c軸、およびユニットセル体積の圧力および温度依存性を追跡した。
• ベリリウムガスケットとネオン／シリコーンオイルを圧力媒体とするダイヤモンドアンビルセル（DAC）を用いて、最大約10 GPaまでの高圧実験が実施された。
• XESおよびXRD測定中のイン・スイート圧力キャリブレーションには、ルビー蛍光法とCu格子定数のずれが用いられた。
• 測定は、アドバンスドフォトンソースの高圧共同アクセステーム（HPCAT）に設置されたビームライン16-IDD（XES）および16-BMD（XRD）で実施された。
• 温度駆動の構造的および磁気的相転移を評価するため、(Ca0.92Nd0.08)Fe2As2からの比較データが含まれた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SrドーピングされたCaFe2As2の収縮テトラゴナル（CT）相において、静水圧下でもFe磁気モーメントが持続するか？
• RQ2 CT相におけるFeモーメントの大きさは、特にc軸に相関しているか？
• RQ3 圧力下でのTcの低下は、CT相におけるFeモーメントの変化とどのように関係するか？
• RQ4 c軸格子定数は、AFe2As2系におけるFeモーメントおよび超伝導性の普遍的制御パrameterとして機能できるか？
• RQ5 CT相におけるFeモーメントの持続は、非対称的で磁気的媒介のペアリングメカニズムを支持するか？

主な発見

• Ca0.67Sr0.33Fe2As2におけるFeモーメントは、圧力下の収縮テトラゴナル（CT）相においても顕著に残存（約0.4 μB）しており、ドーピングされていないCaFe2As2で観察された普遍的消滅とは矛盾する。
• Feモーメントはc軸格子定数と強く相関しており、c < 10.65 Åに達した際にモーメントの損失が発生し、NdドーピングされたCaFe2As2と一致する挙動を示す。
• Fe-As結合長やAs-Fe-As結合角といった内部構造的パラメータよりも、c軸格子定数がFeモーメントの大きさをより効果的に制御している。
• 圧力下でのTcの低下は、Feモーメントの低下と密接に一致しており、磁気フラクチュエーションによって媒介される非対称的ペアリングメカニズムを支持する。
• CT相における体積収縮は主にc軸の圧縮に起因しており、c軸の調整がFeモーメントおよび超伝導性の主な制御パラメータであることを示唆する。
• 本結果は、c軸格子定数が磁気フラクチュエーションを制御するという観点から、122鉄pn正反対化合物における圧力誘発超伝導の普遍的で一般的な記述を支持する。