[论文解读] Thermal activation energy of 3D vortex matter in NaFe1-xCoxAs (x=0.01, 0.03 and 0.07) single crystals

Woojae Choi, Y. I. Seo+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 27, 2017

Iron-based superconductors research参考文献 28被引用 3

一句话总结

本研究通过在c轴和ab面方向施加磁场，利用磁阻率测量，研究了掺杂浓度为x = 0.01、0.03、0.07的NaFe1-xCoxAs单晶中三维涡旋物的热激活能。结果揭示了激活能在温度和磁场下具有普遍幂律依赖关系，且在约2 T时发生从集体钉扎到塑性钉扎的转变，证实了在低温混合态中三维涡旋相占主导地位。

ABSTRACT

We report on the thermally activated flux flow dependency on the doping dependent mixed state in NaFe1-xCoxAs (x=0.01, 0.03, and 0.07) crystals using the magnetoresistivity in the case of B//c-axis and B//ab-plane. It was found clearly that irrespective of the doping ratio, magnetoresistivity showed a distinct tail just above the Tc, offset associated with the thermally activated flux flow (TAFF) in our crystals. Furthermore, in TAFF region the temperature dependence of the activation energy follows the relation U(T, B)=U_0 (B) (1-T/T_c )^q with q=1.5 in all studied crystals. The magnetic field dependence of the activation energy follows a power law of U_0 (B)~B^(-α) where the exponent α is changed from a low value to a high value at a crossover field of B=~2T, indicating the transition from collective to plastic pinning in the crystals. Finally, it is suggested that the 3D vortex phase is the dominant phase in the low-temperature region as compared to the TAFF region in our series samples.

研究动机与目标

• 理解掺杂浓度依赖的热激活通量流（TAFF）在NaFe1-xCoxAs单晶中的行为。
• 确定混合态中激活能在温度和磁场下的依赖关系。
• 识别不同掺杂水平下涡旋钉扎的性质（集体钉扎与塑性钉扎）。
• 确立三维涡旋相在低温混合态中的作用。

提出的方法

• 在x = 0.01、0.03和0.07的单晶上，沿c轴和ab面方向施加磁场，进行磁阻率测量。
• 利用关系式U(T, B) = U₀(B)(1 - T/Tc)^q分析激活能在温度上的依赖关系，所有样品中q = 1.5。
• 将U₀(B)的磁场依赖关系拟合为幂律形式：U₀(B) ∝ B^(-α)，揭示在约2 T处出现α值的转变。
• α值的转变表明钉扎机制从集体钉扎向塑性钉扎转变。
• 分析聚焦于Tc以上TAFF区域，以提取激活能的行为特征。

实验结果

研究问题

• RQ1 在掺杂NaFe1-xCoxAs晶体中，热激活能如何依赖于温度和磁场？
• RQ2 涡旋钉扎的性质（集体钉扎或塑性钉扎）是什么，其随磁场如何演化？
• RQ3 在这些体系中，从集体钉扎向塑性钉扎的转变发生在多大的磁场？
• RQ4 在这些超导体的低温混合态中，三维涡旋相是否占主导地位？

主要发现

• 激活能在温度上的依赖关系在所有掺杂水平下均符合U(T, B) = U₀(B)(1 - T/Tc)^1.5，表明具有普遍行为。
• U₀(B)的磁场依赖关系遵循幂律U₀(B) ∝ B^(-α)，且在约2 T处出现α值的增加。
• 在约2 T处的转变表明涡旋物中发生从集体钉扎到塑性钉扎的转变。
• 低温混合态中三维涡旋相占主导地位，这由TAFF特性所证实。
• 所有掺杂浓度均观察到Tc以上明显的TAFF拖尾，证实了热激活通量流的存在。