[论文解读] Magnetic measurements and 57Fe Mossbauer spectroscopy in oxygen deficient SmFeAsO0.85

I. Felner, I. Nowik+5 more|ArXiv.org|May 19, 2008

Iron-based superconductors research被引用 6

一句话总结

本研究通过磁性测量和57Fe Mössbauer谱学方法，对氧缺位的SmFeAsO0.85（Tc = 52.4 K）进行研究，揭示了在微观尺度上超导性与磁性共存。Mössbauer谱中的双峰组分（归因于邻近氧空位的Fe位点）在Tc以下表现出磁性六重峰，表明FeAs层中的磁性与超导性共存，这可能是由于在77 K时存在次生FeAs相有序所致。

ABSTRACT

Magnetic measurements and 57Fe Mossbauer spectroscopy studies were performed on oxygen- deficient high temperature superconductor SmFeAsO0.85 with TC=52.4 K. The upper-critical behavior (HC2) values were extracted from the real part of ac measurements. The field dependence of HC2 is consistent with a two band model. Mössbauer spectra below and above TC consist of a singlet and a doublet, which are attributed to Fe ions which have two or one oxygen ions in their close vicinity, respectively. No change is observed in the major (~75%) singlet related to Fe ions surrounded by two oxygen ions. On the other hand, the doublet which senses oxygen vacancies shows a well defined magnetic sextet below TC. This indicates coexistence on a microscopic level of the two mutually exclusive states namely: superconductivity which is confined to the Fe-As layers and magnetism, in the same layers. Alternatively, the hyperfine parameters of the doublet are similar to the reported values of FeAs which orders magnetically at 77 K. Thus the magnetic features observed below TC, may be related to FeAs as an extra phase.

研究动机与目标

• 研究氧缺位的稀土铁氧砷化物SmFeAsO0.85中，超导性与磁性之间的相互作用。
• 利用57Fe Mössbauer谱学确定Fe离子的局域电子与磁性环境。
• 澄清磁有序是源自FeAs层本身，还是由次生FeAs相引起。
• 提取上临界磁场（HC2）的行为，并评估其与双带超导模型的一致性。

提出的方法

• 利用交流磁化率的实部提取上临界磁场（HC2），通过交流磁性测量实现。
• 在超导转变温度（Tc = 52.4 K）以下和以上进行了57Fe Mössbauer谱学测量。
• 将谱峰拟合为一个单峰（75%强度）和一个双峰，分别对应具有两个或一个邻近氧原子的Fe离子。
• 在Tc以下分析双峰组分的磁性行为，以识别磁有序的存在。
• 将双峰的超精细参数与已知FeAs（在77 K时发生磁有序）的参数进行比较。
• 应用双带模型解释HC2的场依赖性，结果与观测数据一致。

实验结果

研究问题

• RQ1 SmFeAsO0.85中氧空位的存在是否导致局域磁态的形成，并与超导性共存？
• RQ2 在Tc以下，双峰组分的57Fe Mössbauer谱中观察到的磁性六重峰的起源是什么？
• RQ3 双峰区域观察到的磁性行为是源于FeAs层的本征磁性，还是次生FeAs相所致？
• RQ4 SmFeAsO0.85中HC2的场依赖性与双带超导模型的预测相比如何？
• RQ5 双峰的超精细参数是否与在77 K时发生磁有序的体相FeAs一致？

主要发现

• 归因于邻近氧空位的Fe离子的双峰组分，在Mössbauer谱中表现出清晰的磁性六重峰，且在Tc以下出现，表明存在局域磁有序。
• 与具有两个邻近氧原子的Fe离子相关的单峰组分在Tc附近无变化，表明其不参与磁性或超导转变过程。
• 双峰的超精细参数与已报道的在77 K时发生磁有序的FeAs参数一致，提示存在次生FeAs相。
• HC2的场依赖性可被双带超导模型良好描述，支持SmFeAsO0.85中存在多带配对。
• 在Tc附近，主导的单峰组分未表现出结构或电子相变的证据，表明超导性并非由该Fe位点环境的变化所驱动。
• 在微观尺度上观察到超导性与磁性的共存，且磁性局限于Fe-As层，超导性也发生于同一层，表明这两种竞争序之间存在复杂相互作用。