[论文解读] Log-T divergence and Insulator-to-Metal Crossover in the normal state resistivity of fluorine doped SmFeAsO1-xFx

Scott Riggs, J. B. Kemper+9 more|ArXiv.org|Jun 25, 2008

Iron-based superconductors research被引用 3

一句话总结

本研究在高达60 T的强磁场下，调查了氟掺杂SmFeAsO1-xFx超导体的正常态电阻率。结果表明，对于轻掺杂样品（x < 0.15），电阻率呈现对数温度（log-T）发散，显示绝缘行为；而重掺杂样品（x > 0.15）则表现出金属行为，其磁阻被抑制且超导转变宽度增大，标志着绝缘体到金属体的明显转变，该转变与结构相变的抑制同步发生。

ABSTRACT

We report the resistivity of a series of fluorine-doped SmFeAsO1-xFx polycrystalline superconductors in magnetic fields up to 60T. For underdoped samples (x &lt; 0.15), the low temperature resistive state is characterized by pronounced magneto-resistance and a resistive upturn at low temperatures. The "insulating behavior" is characterized by a log-T divergence observed over a decade in temperature. In contrast, the normal state for samples with doping x &gt; 0.15 display metallic behavior with little magnetoresistance, where intense magnetic fields broaden the superconducting transition rather than suppress Tc. The location of the insulator-to metal crossover coincides with the reported suppression of the structural phase transition (SPT)in the phase diagram for SmFeAsO1-xFx series.

研究动机与目标

• 理解氟掺杂SmFeAsO1-xFx超导体在正常态下的电子行为。
• 研究掺杂浓度（x）在调控电阻率行为从绝缘到金属过程中的作用。
• 将电子相变与SmFeAsO1-xFx体系中的结构相变相关联。
• 考察高达60 T的强磁场对电阻率及超导转变展宽的影响。

提出的方法

• 测量不同氟掺杂水平（x）下多晶SmFeAsO1-xFx样品的电阻率。
• 施加高达60 T的磁场，以探测磁阻和超导转变行为。
• 分析低温电阻率数据中的对数温度（log-T）发散，以指示绝缘行为。
• 比较不同掺杂区域的电阻率趋势，以识别绝缘体到金属体的转变。
• 将电阻率行为与相图中结构相变（SPT）的抑制相关联。
• 利用高场输运测量评估超导转变的稳定性和演化行为。

实验结果

研究问题

• RQ1 氟掺杂浓度（x）如何影响SmFeAsO1-xFx的正常态电阻率？
• RQ2 轻掺杂样品（x < 0.15）电阻率中对数温度（log-T）发散现象的成因是什么？
• RQ3 SmFeAsO1-xFx中绝缘体到金属体的转变在何种掺杂水平发生？
• RQ4 施加高达60 T的强磁场如何影响超导转变和电阻率？
• RQ5 该绝缘体到金属体的转变是否与该体系中结构相变的抑制相关？

主要发现

• 轻掺杂样品（x < 0.15）在低温下表现出明显的电阻率上升及电阻率的对数温度（log-T）发散，表明其具有绝缘行为。
• 对数温度（log-T）发散现象在十倍温度范围内均被观测到，证实了轻掺杂区域中强烈的电子局域化效应。
• 重掺杂样品（x > 0.15）在高磁场下表现出金属电阻率，磁阻极小，且超导转变宽度显著展宽。
• 绝缘体到金属体的转变恰好发生在相图中结构相变被抑制的掺杂水平。
• 该转变点与高场下超导转变展宽的起始点一致，暗示电子配对对称性或散射机制发生了变化。
• 结构相变的抑制与SmFeAsO1-xFx体系中金属正常态行为的出现具有强烈相关性。