[論文レビュー] SrFeAsF: A new parent phase for FeAs-based superconductors

Fei Han, Xiyu Zhu+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 14, 2008

Iron-based superconductors research被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、ZrCuAsSi構造を有するFeAs基超伝導体の新しい母相であるSrFeAsFの合成を報告している。この物質は約173 Kで転移を示し、強いホール効果および磁気抵抗を伴う。この温度以下で正のホール係数が観測されるのは、ホール的キャリアを示しており、従来の理論が電子パケットを均一にギャップ化すると想定するのとは対照的である。これは、スピン密度波秩序が電子パケットを均一にギャップ化するのではなく、より複雑なフェルミ面再構成を引き起こす可能性を示唆している。

ABSTRACT

We have successfully synthesized the fluo-arsenide SrFeAsF, a new parent phase with the ZrCuAsSi structure. The temperature dependence of resistivity and dc magnetization both reveal an anomaly at about T_{an} = 173 K, which may correspond to the structural and/or Spin-Density-Wave (SDW) transition. Strong Hall effect and magnetoresistance were observed below T_{an}. Interestingly, the Hall coefficient R_H is positive below T_{an}, which is opposite to the cases in the two parent phases of FeAs-based systems known so far, i.e., LnFeAsO (Ln = rare earth elements) and (Ba, Sr)Fe_2As_2 where the Hall coefficient R_H is negative. This strongly suggests that the gapping to the Fermi surfaces induced by the SDW order is more complex than we believed before that it removes the density of states on some Fermi pockets and leaves one of the electron pockets less-gapped or un-gapped. Our data clearly show that it is possible for the parent phase to have electron-like or hole-like charge carriers.

研究の動機と目的

• FeAs基超伝導体の新しい母相を同定・合成し、特徴的な電子構造を持つものを探す。
• SrFeAsFにおける電子的および磁気的転移、特に約173 Kにおける異常現象の性質を調査する。
• 母相におけるキャリアの種別（電子的・ホール的）を明らかにし、既知のFeAs系でホール係数が負であるのと対比する。
• スピン密度波（SDW）が引き起こすフェルミ面ギャップ化が、単純に電子パケットを除去するのではなく、より複雑なメカニズムを示すことを理解する。

提案手法

• 固体反応法を用いてZrCuAsSi構造を有するSrFeAsFの合成を行う。
• 温度依存抵抗率の測定により電子的転移を検出する。
• dc磁化率の測定により、磁気的または構造的相転移を特定する。
• ホール効果および磁気抵抗の分析により、T_{an}以下のキャリア種別と輸送挙動を特定する。
• LnFeAsO や (Ba,Sr)Fe2As2 といった既知の母相と比較して、ホール係数（R_H）の挙動を分析する。
• ホール係数の符号および大きさを用いて、キャリアの性質およびフェルミ面再構成の性質を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SrFeAsFは約173 Kで構造的またはスピン密度波（SDW）転移を示すか？その性質は何か？
• RQ2 他のFeAs基母相とは異なり、SrFeAsFではT_{an}以下でホール係数（R_H）が正となるのはなぜか？
• RQ3 従来のモデルが電子パケットを均一にギャップ化すると仮定するのに対し、SrFeAsFにおけるSDW秩序によるフェルミ面ギャップ化は、どのように異なるか？
• RQ4 正のR_Hは、キャリア種別および母相におけるギャップが小さいまたはギャップが開いていないフェルミ面パケットの存在について何を示唆するか？
• RQ5 SrFeAsFの電子構造は、鉄系超伝導体におけるSDW形成の既存モデルと整合するか？

主な発見

• ZrCuAsSi構造を有するSrFeAsFが、FeAs基超伝導体の新しい母相として、成功裏に合成された。
• 約173 Kにおける抵抗率およびdc磁化率の異常は、構造的および／またはスピン密度波（SDW）転移を示唆する。
• T_{an}以下の強いホール効果および磁気抵抗は、キャリアダイナミクスに顕著な変化が生じていることを示す。
• T_{an}以下のホール係数（R_H）は正であり、ホール的キャリアの存在を示しており、他のFeAs基母相で観測される負のR_Hとは対照的である。
• この正のR_Hは、従来のモデルがSDW秩序が主に電子パケットをギャップ化すると想定するのを覆し、一部の電子パケットがギャップが開いていないか、あるいはそれほど影響を受けない可能性を示唆する。
• 結果は、従来の仮定よりもより複雑なフェルミ面再構成が生じており、母相において電子的およびホール的キャリアが共存している可能性を示唆する。