[论文解读] Intergrain effects in the AC susceptibility of polycrystalline LaFeAsO_{0.94}F_{0.06}: comparison with cuprate superconductors

Gaetano Bonsignore, A. Agliolo Gallitto M. Li Vigni+4 more|arXiv (Cornell University)|May 21, 2010

Iron-based superconductors research被引用 24

一句话总结

本研究通过在零直流磁场下测量交流磁化率，研究了多晶LaFeAsO₀.₉₄F₀.₀₆中的晶粒间效应，测量参数包括温度（4.2–30 K）、交流磁场振幅（0.003–4 Oe）和频率（10–100 kHz）。χ(T)曲线中的两步转变揭示了晶粒和晶粒间响应的差异，其中晶粒间屏蔽效应强烈依赖于H_ac和f。关键发现为：晶粒间临界电流由晶界处的约瑟夫森耦合决定，而非约瑟夫森涡旋的钉扎，该结论与磁通流临界态模型一致。

ABSTRACT

The AC susceptibility at zero DC magnetic field of a polycrystalline sample of LaFeAsO_{0.94}F_{0.06} (T_c = 24 K) has been investigated as a function of the temperature, the amplitude of the AC magnetic field (in the range Hac = 0.003 - 4 Oe) and the frequency (in the range f = 10 kHz - 100 kHz). The temperature dependence of the AC susceptibility exhibits the typical two-step transition arising from the combined response of superconduncting grains and intergranular weak-coupled medium. The intergranular part of the susceptibility strongly depends on both the amplitude and the frequency of the AC driving field, from few Kelvin below T_c down to T = 4.2 K. Our results show that, in the investigated sample, the intergrain critical current is not determined by pinning of Josephson vortices but by Josephson critical current across neighboring grains.

研究动机与目标

• 通过交流磁化率研究多晶LaFeAsO₀.₉₄F₀.₀₆中的晶粒间超导行为。
• 确定铁基氧砷化物中晶粒间临界电流是否受约瑟夫森耦合或涡旋钉扎限制。
• 比较该铁基超导体与铜氧化物超导体的电磁响应。
• 通过分析交流磁化率的频率和振幅依赖性，识别晶粒间区域的磁通动力学行为。

提出的方法

• 在零直流磁场下，于温度（4.2–30 K）、交流磁场振幅（0.003–4 Oe）和频率（10–100 kHz）范围内测量交流磁化率χ = χ′ + iχ′′。
• 采用互感磁化率仪结合锁相检测技术，分离实部与虚部分量。
• AFM分析显示，微米级晶粒嵌入在更细颗粒的基体中，表明样品存在非均匀性。
• 应用基于磁通流临界态模型（FFCS）的模型，假设约瑟夫森临界电流限制了晶粒间屏蔽。
• 根据χ′(H_ac)的场饱和行为，估算晶粒间体积分数约为15%。
• 通过迭代计算理论χ_m(H_ac)曲线，假设J_c恒定为1×10⁴ A/m²，并与实验结果对比。

实验结果

研究问题

• RQ1 多晶LaFeAsO₀.₉₄F₀.₀₆交流磁化率中两步转变的成因是什么？
• RQ2 晶粒间临界电流密度如何随交流磁场振幅和频率变化？
• RQ3 晶粒间响应是否由约瑟夫森耦合主导，还是由约瑟夫森涡旋钉扎主导？
• RQ4 该铁基超导体的电磁响应与铜氧化物超导体相比有何异同？
• RQ5 参与屏蔽的超导晶粒的有效体积分数是多少？

主要发现

• χ(T)曲线显示两步转变，源于超导晶粒与晶粒间弱耦合介质的响应差异。
• 晶粒间屏蔽随H_ac增加而减弱，且在T_c以下表现出强烈的频率依赖性。
• 参与屏蔽的晶粒间体积分数估计约为总样品体积的15%。
• 在10 kHz时的χ(H_ac)曲线与磁通流临界态模型的低频极限一致，表明呈现临界态行为。
• 在100 kHz时的χ(H_ac)曲线与同一模型的高频磁通流区域匹配，证实了动态响应特性。
• 结果强烈表明，晶粒间临界电流由晶界处的约瑟夫森临界电流限制，而非涡旋钉扎。