[论文解读] New Iron-based oxyarsenides Sr4M2Fe2As2O6(M = Sc, Cr)

Hiraku Ogino, Yukari Katsura+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 30, 2009

Iron-based superconductors research参考文献 2被引用 3

一句话总结

本研究报道了新型铁基氧砷化物 Sr4M2Fe2As2O6（M = Sc, Cr）的合成与表征，其具有四角晶系 P4/nmm 结构，包含反萤石型 FeAs 层和钙钛矿型阻隔层。这些化合物在铁基氧 pnictides 中表现出最长的 Fe-Fe 层间距离（15.8 Å），且由于载流子浓度不足，未观察到超导性，这与未掺杂的 REFeAsO 系统类似。

ABSTRACT

We have discovered new layered oxyarsenides (Fe2As2)(Sr4M2O6) (M = Sc, Cr: M-22426). These materials are isostructural with (Fe2P2)(Sr4Sc2O6), which was found in our previous study. The new compounds are tetragonal with a space group of P4/nmm and consist of the anti-fluorite type FeAs layer and perovskite-type blocking layer. The lattice constants are a = 4.050 A, c = 15.809 A for M = Sc and a = 3.918 A, c = 15.683 A for M = Cr. These compounds have long interlayer Fe-Fe distances corresponding to the c-axis length, the 15.8 A in Sc-22426 is the longest in the iron-based oxypnictide systems. Chemical flexibility of the perovskite block in this system was probed by chromium containing (Fe2As2)(Sr4Cr2O6). Different trends were found in bond angle and bond length of the new oxypnictides compared to the reported systems, such as REFePnO. Absence of superconductivity in these compounds is considered to be due to insufficient carrier concentration as in the case of undoped REFeAsO.

研究动机与目标

• 通过用过渡金属取代稀土元素，探索具有增强结构柔性的新型铁基氧 pnictide 体系。
• 研究具有 FeAs 层和钙钛矿型阻隔层的层状氧 pnictide 的结构与电子性质。
• 确定载流子浓度在抑制这些材料中超导性方面的作用。
• 比较新氧 pnictide 与已知体系（如 REFePnO）中键角和键长的变化趋势。

提出的方法

• 在受控条件下通过固相反应法合成 Sr4M2Fe2As2O6（M = Sc, Cr）。
• 利用 X 射线衍射对晶体结构和晶格参数进行结构表征。
• 分析晶体结构以识别反萤石型 FeAs 层和钙钛矿型阻隔层。
• 将新化合物中的键角和键长与 REFePnO 体系中的进行比较。
• 评估电子行为以评估超导转变温度和载流子浓度。

实验结果

研究问题

• RQ1 Sr4M2Fe2As2O6（M = Sc, Cr）的晶体结构和晶格参数是什么？其与已知氧 pnictide 的差异如何？
• RQ2 铬（Cr）掺入钙钛矿阻隔层如何影响化合物的结构与电子性质？
• RQ3 尽管存在 FeAs 层，为何这些氧 pnictide 中未出现超导性？
• RQ4 Sr4M2Fe2As2O6 中的键角和键长与 REFePnO 体系中的有何不同？
• RQ5 层间 Fe-Fe 距离在决定铁基氧 pnictide 电子性质方面起什么作用？

主要发现

• Sr4M2Fe2As2O6（M = Sc, Cr）化合物结晶为四角晶系，空间群为 P4/nmm。
• 当 M = Sc 时，晶格常数为 a = 4.050 Å，c = 15.809 Å；当 M = Cr 时，a = 3.918 Å，c = 15.683 Å。
• 含钪的化合物中 Fe-Fe 层间距离（15.8 Å）为铁基氧 pnictide 体系中观测到的最长值。
• 这些化合物具有反萤石型 FeAs 层和钙钛矿型阻隔层。
• 通过成功将铬引入结构中，证明了钙钛矿阻隔层具有化学灵活性。
• 未观察到超导性归因于载流子浓度不足，与未掺杂的 REFeAsO 系统一致。