[论文解读] Upper critical field, Hall effect and magnetoresistance in the iron-based layered superconductor LaO$_{0.9}$F$_{0.1-\delta}$FeAs

Xiyu Zhu, Huan Yang+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 9, 2008

Iron-based superconductors research被引用 1

一句话总结

本研究通过电阻率、霍尔效应和磁阻测量，研究了铁基超导体LaO$_{0.9}$F$_{0.1-\delta}$FeAs的电子和磁性性质。研究报道了上临界场Hc2(0) ≈ 50 T，负霍尔系数表明电子主导导电（100 K时n ≈ 9.8×10²⁰ cm⁻³），并在约230 K附近表现出异常的温度依赖行为，提示存在非传统的散射机制。

ABSTRACT

By using a two-step method, we successfully synthesized the iron based new superconductor LaFeAsO_{0.9}F_{0.1-\delta}$. The resistive transition curves under different magnetic fields were measured, leading to the determination of the upper critical field Hc2(T) of this new superconductor. The value of Hc2 at zero temperature is estimated to be about 50 Tesla roughly. In addition, the Hall effect and magnetoresistance were measured in wide temperature region. A negative Hall coefficient R_H has been found, implying a dominant conduction mainly by electron-like charge carriers in this material. The charge carrier density determined at 100 K is about 9.8E20cm^{-3}, which is close to the cuprate superconductors. It is further found that the magnetoresistance does not follow Kohler's law. Meanwhile, the different temperature dependence behaviors of resistivity, Hall coefficient, and magnetoresistance have anomalous properties at about 230 K, which may be induced by some exotic scattering mechanism.

研究动机与目标

• 采用两步法合成并表征铁基超导体LaO₀.₉F₀.₁₋δFeAs。
• 从不同磁场下的电阻转变数据中确定上临界场Hc2(T)，并估算Hc2(0)。
• 通过霍尔效应研究，识别正常态中主导的载流子类型及其载流子密度。
• 分析磁阻行为，并评估其与Kohler规则的偏离程度。
• 识别电阻率、霍尔系数和磁阻中约230 K附近的异常电子相变，并探讨其起源。

提出的方法

• 采用两步固态合成法制备高质量的LaO₀.₉F₀.₁₋δFeAs单晶。
• 在不同磁场下测量电阻率，以提取Hc2(T)并外推得到Hc2(0)。
• 在宽温区内进行霍尔效应测量，以确定霍尔系数R_H和载流子密度。
• 分析磁阻数据，以检验其是否符合Kohler缩放定律。
• 比较电阻率、霍尔系数和磁阻的温度依赖性，以检测异常现象。

实验结果

研究问题

• RQ1 LaO₀.₉F₀.₁₋δFeAs的上临界场Hc2(0)是多少？其随温度如何变化？
• RQ2 霍尔系数的符号和大小如何？它揭示了何种主导载流子？
• RQ3 磁阻是否遵循Kohler规则？这对其散射机制有何含义？
• RQ4 电阻率、霍尔系数或磁阻的温度依赖性中是否存在异常？若存在，出现在何处？
• RQ5 约230 K附近观察到的异常行为可能具有何种物理起源？

主要发现

• 将上临界场外推至零温时，其值约为50特斯拉。
• 观察到负的霍尔系数R_H，表明电子型载流子主导导电行为。
• 在100 K时测得的载流子密度约为9.8×10²⁰ cm⁻³，与铜氧化物超导体相当。
• 磁阻不遵循Kohler缩放定律，提示存在非普适的散射行为。
• 在约230 K附近，电阻率、霍尔系数和磁阻均表现出显著的异常温度依赖性。
• 230 K附近的异常行为可能源于标准费米液体模型未涵盖的非传统散射机制。