[论文解读] Bulk superconductivity and disorder in single crystals of LaFePO

James G. Analytis, Jiun-Haw Chu+8 more|ArXiv.org|Oct 30, 2008

Iron-based superconductors research被引用 13

一句话总结

本研究证实，化学计量比的LaFeAsO是一种体超导体，其超导转变温度（Tc）对非磁性无序不敏感，支持s波配对对称性。尽管正常态输运性质受强无序效应影响，包括低温电阻率上升，超导性仍均匀存在，表明在高质量单晶中无磁涨落或相分离的情况下，配对具有强鲁棒性。

ABSTRACT

We have studied the intrinsic normal and superconducting properties of the oxypnictide LaFePO. These samples exhibit bulk superconductivity and the evidence suggests that stoichiometric LaFePO is indeed superconducting, in contrast to other reports. We find that superconductivity is independent of the interplane residual resistivity $ρ_0$ and discuss the implications of this on the nature of the superconducting order parameter. Finally we find that, unlike $T_c$, other properties in single-crystal LaFePO including the resistivity and magnetoresistance, can be very sensitive to disorder.

研究动机与目标

• 解决关于化学计量比LaFeAsO是否本征超导，或超导性是否源于氧缺位的相互矛盾报告。
• 确定非磁性无序（以层间残余电阻率ρ₀量化）与超导转变温度Tc之间的关系。
• 研究在某些单晶样品中观测到的低温电阻率上升的起源，这可能表明存在竞争的电子序。
• 考察无序对清洁非磁性铁砷化物中正常态输运性质及量子振荡现象的影响。

提出的方法

• 采用Sn助熔法，使用La₂O₃或Fe₂O₃作为氧源，生长高质量单晶LaFeAsO。
• 对单晶和多晶样品测量电阻力、比热、磁化率和磁阻。
• 使用残余电阻率比（RRR）和层间电阻率ρ₀作为非磁性无序的代理指标。
• 分析磁场和温度依赖的磁阻，以探测局域化和散射机制。
• 通过比较不同ρ₀值样品的输运和热力学数据，评估无序依赖性。
• 将量子振荡（dHvA）数据与输运异常相关联，以探测费米面和散射效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 化学计量比LaFeAsO是否本征超导，还是超导性是氧缺位的产物？
• RQ2 LaFeAsO中的超导转变温度Tc是否依赖于以ρ₀衡量的非磁性无序？
• RQ3 在某些单晶样品中观测到的低温电阻率上升的起源是什么？
• RQ4 无序如何影响正常态输运性质，如磁阻和局域化效应？
• RQ5 电阻率上升是否可与自旋密度波或磁涨落等竞争电子相相关联？

主要发现

• 化学计量比LaFeAsO在高质量单晶中表现出体超导性，Tc ≈ 5.9–6.7 K，与仅表面超导的报告相矛盾。
• Tc与层间残余电阻率ρ₀（范围为0.04至0.18 mΩ·cm）无关，表明非磁性无序不抑制超导性。
• 随着ρ₀增加而未观察到Tc抑制，与s波配对对称性一致，尽管并非确凿证据。
• 某些样品中观测到低温电阻率上升，且与无序相关，但与ρ₀无关，表明其起源更复杂。
• 磁阻测量显示磁场和取向依赖的异常，当磁场垂直于c轴时效应更强。
• 电阻率上升在Hc2磁场下未被抑制，且不随ρ₀变化，排除了弱局域化作为主导机制。