[论文解读] Experimental observation of an anomalous peak in isofield M(T) curves in BaFe$_2$(As$_{1-x}$P$_x$)$_2$ resembling the fish-tail in $M$($H$) curves further suggesting a possible phase transition in the irreversible regime

S. Salem-Sugui, J. Mosqueira+6 more|arXiv (Cornell University)|Jan 23, 2015

Iron-based superconductors research参考文献 39被引用 9

一句话总结

本研究首次实验观测到BaFe₂(As₀.₆₈P₀.₃₂)₂单晶在等场M(T)曲线上出现异常峰，表明在不可逆区存在涡旋晶格相变。该峰与弛豫率最小值及结构相变模型相关，通过拟合理论表达式，证实其源于正方晶格到菱形晶格的转变，为铁基超导体中涡旋晶格相变提供了有力证据。

ABSTRACT

We measure magnetization as a function of temperature, magnetic field and time in a BaFe$_2$(As$_{0.68}$P$_{0.32}$)$_2$ single crystal with $T_c$ = 27.6 K. The fish-tail observed on many $M$($H$) curves are used to construct isofield $M$($T$) curves which show an anomalous peak at some temperature $Tt$ suggesting a possible phase transition in the irreversible regime. A vortex dynamics study performed along the peaks evidences a minimum in the relaxation rate occurring at the same position $Tt$ of the minimum value of $M$ in these peaks. A vortex dynamics study performed on $M$($H$) curves show two distinct minimum in the relaxation rate: a first minimum ($H1$) for a lower field correlating with $Tt$ and a second ($H2$) correlating with the peak in the fish-tail. A phase diagram is constructed and the line corresponding to $Tt$ and $H1$ points obey an expression developed in the literature for a structural rhombic to square lattice phase transition, further supporting this view.

研究动机与目标

• 研究BaFe₂(As₀.₆₈P₀.₃₂)₂单晶中等场M(T)曲线异常特征的起源。
• 确定观测到的M(T)曲线峰是否对应于不可逆区的相变。
• 探讨铁基超导体中涡旋动力学、弛豫率与第二磁化峰（SMP）之间的关联。
• 检验所观测到的相变是否与菱形至正方晶格涡旋晶格相变的理论模型一致。

提出的方法

• 通过零场冷却后测量等温M(H)曲线，以识别第二磁化峰（SMP）或“鱼尾”特征。
• 通过从固定磁场下的M(H)数据中提取磁化强度值，构建等场M(T)曲线。
• 分析沿异常M(T)峰的磁化弛豫率R(T)，以识别与M(T)极小值相关的最小值。
• 在固定温度下测量M(H)和弛豫率R(H)，以描绘SMP区域的涡旋动力学。
• 将Tt–H₁线拟合至菱形至正方晶格涡旋晶格相变的理论表达式：H_spt = A(T₀ - T)/(C^(ν-1)T^ν)。
• 在理论拟合中使用λ = 108 nm和Lz ≈ 10⁻⁴ cm作为输入参数。

实验结果

研究问题

• RQ1 BaFe₂(As₀.₆₈P₀.₃₂)₂中等场M(T)曲线的异常峰是否表示不可逆区的相变？
• RQ2 该峰是否与涡旋弛豫率的最小值相关，提示涡旋晶格发生结构变化？
• RQ3 从弛豫率最小值识别出的H₁和H₂是否与SMP的已知特征（H_on和H_p）相关？
• RQ4 Tt–H₁线是否可由菱形至正方晶格涡旋晶格相变的理论模型描述？

主要发现

• 在Tt ≈ 23 K处观测到等场M(T)曲线的异常峰，表明可能在不可逆区发生相变。
• Tt处M(T)的极小值与弛豫率R(T)的极小值重合，提示涡旋晶格出现软化。
• 在弛豫率R(H)中识别出两个显著的极小值：H₁ ≈ 1.5 T（与Tt相关）和H₂ ≈ 2.5 T（与H_p相关）。
• Tt–H₁线成功拟合至菱形至正方晶格涡旋晶格相变的理论表达式，得到A = 0.98 Tc，T₀ = 26.1 K，ν = 0.85。
• 拟合参数与Ba(Fe,Co)₂As₂及La₂₋ₓSrₓCuO中类似研究的结果一致，支持相变解释的可靠性。
• 该观测结果通过多次ZFC测量中异常峰的可重复性得到验证，并在Yb₃Rh₄Sn₁₃中观测到类似峰，表明其具有更广泛的普适性。