[论文解读] Phase separation in superconducting and antiferromagnetic Rb0.8Fe1.6Se2 probed by Mössbauer spectroscopy

Vadim Ksenofontov, G. Wortmann+5 more|arXiv (Cornell University)|Aug 15, 2011

Iron-based superconductors research参考文献 5被引用 4

一句话总结

本研究利用⁵⁷Fe-Mössbauer谱学研究了超导Rb₀.₈Fe₁.₆Se₂中的相分离行为，揭示了88%的磁性Fe²⁺位于16i位点且具有√5×√5超结构，12%的非磁性Fe²⁺存在于纳米尺度相中。结果通过c轴方向磁场排列证实了反铁磁有序，并通过铁基硫属化合物中纳米尺度相分离直接证明了超导性与磁性的共存。

ABSTRACT

57Fe-Mössbauer studies of superconducting Rb0.8Fe1.6Se2.0 with TC = 32.4 K were performed on single-crystalline and polycrystalline samples in the temperature range 4.2 K to 295 K. They reveal the presence of 88% magnetic and 12% non-magnetic Fe2+ species with the same polarization dependence of their hyperfine spectra. The magnetic species are attributed to the 16i sites of the \surd5 x \surd5 x 1 superstructure, and non-magnetic species to a nano-sized phase postulated from recent studies of superconducting KxFe2-ySe2 systems. The 57Fe-spectrum of a single-crystalline sample in an external field of 50 kOe applied parallel to the crystallographic c-axis confirms the antiferromagnetic order between fourfold ferromagnetic Fe(16i) supermoments. The results are discussed with respect to the coexistence of superconductivity and magnetism as well as nano-scale phase separation in AxFe2-ySe2 systems.

研究动机与目标

• 利用⁵⁷Fe-Mössbauer谱学研究超导Rb₀.₈Fe₁.₆Se₂中Fe位点的电子与磁性状态。
• 确定该体系中磁性与非磁性Fe物种的来源及其结构归属。
• 阐明铁基超导体中纳米尺度相分离下超导性与反铁磁有序共存的机制。
• 通过单晶样品的外加磁场测量确认磁结构与自旋排列。

提出的方法

• 在4.2–295 K范围内对单晶与多晶Rb₀.₈Fe₁.₆Se₂样品进行⁵⁷Fe-Mössbauer谱学测量。
• 通过同质位移与四极分裂分析超精细谱，以区分磁性与非磁性Fe²⁺物种。
• 沿晶体学c轴施加50 kOe的外加磁场，以探测磁有序与磁矩排列。
• 基于对称性与谱学特征，将磁性Fe²⁺归属于√5×√5×1超结构的16i位点。
• 将非磁性Fe²⁺识别为源自与超结构Fe位点不同的纳米尺度相，与KₓFe₂₋ᵧSe₂体系的先前研究一致。
• 利用偏振依赖的谱学分析确认磁结构与超磁矩排列。

实验结果

研究问题

• RQ1 Rb₀.₈Fe₁.₆Se₂中磁性与非磁性Fe²⁺物种的来源与分布是什么？
• RQ2 16i位点上Fe²⁺的磁结构如何与观测到的反铁磁有序相关联？
• RQ3 哪些证据支持该超导铁基硫属化合物中存在纳米尺度相分离？
• RQ4 沿c轴施加外加磁场如何影响Mössbauer谱并证实磁有序？
• RQ5 在AxFe₂₋ᵧSe₂体系中，所观测到的磁性与非磁性相在多大程度上与超导性共存？

主要发现

• 88%的Fe²⁺离子为磁性，位于√5×√5×1超结构的16i位点，表现出明显的超精细分裂。
• 12%的Fe²⁺离子为非磁性，归因于与超结构Fe位点不同的纳米尺度相。
• 磁性超精细谱表现出偏振依赖性，与四重铁磁性Fe(16i)超磁矩在反铁磁排列中反平行排列一致。
• 沿c轴施加50 kOe磁场证实了Fe(16i)亚晶格中长程反铁磁有序的存在。
• 结果支持一种纳米尺度相分离模型，即在Rb₀.₈Fe₁.₆Se₂中，超导相与反铁磁相共存。
• 超导性（Tc = 32.4 K）与磁性的共存可通过Fe²⁺物种在不同磁性与非磁性相中的空间分离来解释。