[论文解读] Connection between ambient-pressure and pressure-induced superconducting phases in alkaline iron selenide superconductors

Dachun Gu, Liling Sun+7 more|arXiv (Cornell University)|Jul 2, 2014

Iron-based superconductors research参考文献 51被引用 3

一句话总结

本研究揭示了碱金属铁硒化物超导体中常压超导相（SC-I）与压力诱导超导相（SC-II）通过反铁磁序（AFM）相互关联。通过调节Te掺杂，在x = 0.4时，SC-I与SC-II超导性以及AFM序同时消失，表明长程反铁磁序稳定SC-I，而AFM涨落则驱动SC-II在压力下出现。研究结果确立了AFM态在不同相中促进超导性的统一作用。

ABSTRACT

A unique platform for investigating the correlation between the antiferromagnetic (AFM) and superconducting (SC) states in high temperature superconductors is created by the discovery of alkaline iron selenide superconductors which are composed of an AFM insulating phase and a SC phase separated spatially. Our previous studies showed that pressure can fully suppress the superconductivity of ambient-pressure superconducting phase (SC-I) and AFM order simultaneously, then induce another superconducting phase (SC-II) at higher pressure. Consequently, the connection between the two superconducting phases becomes an intriguing issue. In this study, on the basis of observing pressure-induced reemergence of superconductivity in Rb0.8Fe2-ySe2-xTex (x=0, 0.19 and 0.28) superconductors, we find that the superconductivity of the SC-I and SC-II phases as well as the AFM ordered state can be synchronously tuned by Te doping and disappear together at the doping level of x=0.4. We propose that the two superconducting phases are connected by the AFM phase, in other words, the state of long-ranged AFM order plays a role in giving rise to superconductivity of the SC-I phase, while the fluctuation state of the suppressed AFM phase drives the emergence of SC-II phase. These results comprehensively demonstrate the versatile roles of AFM states in stabilizing and developing superconductivity in the alkaline iron selenide superconductors.

研究动机与目标

• 研究碱金属铁硒化物超导体中常压超导相（SC-I）与压力诱导超导相（SC-II）之间的关系。
• 确定反铁磁（AFM）序是否介导或影响两种超导相的出现。
• 探讨化学掺杂（Te）对SC-I、SC-II与AFM序共存及抑制的影响。
• 阐明长程与涨落AFM态在稳定和驱动这些复杂体系中超导性中的作用。

提出的方法

• 对Rb0.8Fe2-ySe2-xTex固溶体（Te含量不同，x = 0, 0.19, 0.28）进行了系统性的压力依赖电输运测量。
• 利用立方顶砧装置在静水压下监测超导转变温度（Tc）与反铁磁序的演化。
• 利用Te掺杂作为调控参数，控制电子关联强度及AFM与超导相的稳定性。
• 分析不同掺杂水平下超导性与AFM序的抑制行为，以识别三者同时消失的临界掺杂阈值（x = 0.4）。

实验结果

研究问题

• RQ1 碱金属铁硒化物中的常压超导相（SC-I）与压力诱导超导相（SC-II）之间有何关联？
• RQ2 反铁磁（AFM）序是否在这些材料中直接发挥稳定或诱导超导性的作用？
• RQ3 Te掺杂能否同时调节常压与压力诱导超导相？
• RQ4 在何种掺杂水平下，SC-I、SC-II与AFM相协同消失，表明存在临界量子相边界？

主要发现

• 常压超导相（SC-I）与压力诱导超导相（SC-II）在Te掺杂水平x = 0.4时同时被抑制并完全消失。
• 反铁磁（AFM）序在同一掺杂水平（x = 0.4）也被完全抑制，表明三者存在共同的临界点。
• 长程AFM序对稳定SC-I相至关重要，其抑制与SC-I的消失同步发生。
• 在抑制态中，AFM涨落被提出驱动压力诱导SC-II相的出现，表明AFM关联具有双重作用。
• Te掺杂下SC-I、SC-II与AFM序的同步调节与消失，证实了两种超导相通过AFM态存在深层关联。
• 结果支持一种统一的物理图像：AFM态——包括长程与涨落态——在铁硒化物不同相中均发挥核心作用，促进超导性的实现。