[论文解读] Quenching of superconductivity by Co doping in K0.8Fe2Se2

Tingting Zhou, Xiaolong Chen+6 more|arXiv (Cornell University)|Feb 17, 2011

Iron-based superconductors research被引用 3

一句话总结

本研究探究了K0.8Fe2-xCoxSe2中Co掺杂的影响，发现仅0.5 at.%的Co即可将超导性抑制至5 K——这是迄今为止报道的最快抑制速率。与在铁砷化物体系中Co掺杂会诱导超导性不同，此处Co掺杂抑制了超导性，支持铁硫族超导体中局域3d电子模型而非巡游电子行为。

ABSTRACT

We synthesized a series of K0.8Fe2-xCoxSe2 samples with nominal compositions 0\leq x\leq 0.035 and investigated their physical properties. The results show that the superconductivity in K0.8Fe2-xCoxSe2 is quenched down to 5 K by 0.5 at. % Co doping, the fastest quenching rate ever-reported. The role played here by Co is in contrast with the one in FeAs based superconductors where Co usually induces superconductivity from parent compounds. Such a rapid quenching favors a localized 3d model against the itinerant one for iron pnictide superconductors.

研究动机与目标

• 研究Co掺杂对K0.8Fe2-xCoxSe2中超导性质的影响。
• 理解Co在铁硫族化合物与铁砷化物超导体中作用的对比。
• 确定所观察到的抑制效应是否支持局域3d电子模型而非巡游行为。
• 确定该体系中超导性完全抑制的临界掺杂阈值。

提出的方法

• 合成具有从x = 0到x = 0.035的名义Co浓度的K0.8Fe2-xCoxSe2样品。
• 通过测量电阻率和磁化率来探测超导转变。
• 系统分析整个掺杂系列中温度依赖的输运和磁性性质。
• 将K0.8Fe2Se2中Co掺杂的影响与铁砷化物超导体中的影响进行比较，突出其作用的差异。
• 利用X射线衍射和化学分析确认样品组成和相纯度。
• 评估超导转变温度（Tc）随Co浓度的变化，以确定抑制速率。

实验结果

研究问题

• RQ1 Co掺杂对K0.8Fe2-xCoxSe2中超导转变温度有何影响？
• RQ2 为何Co掺杂在K0.8Fe2Se2中抑制超导性，而在铁砷化物体系中则不然？
• RQ3 在何种掺杂水平下K0.8Fe2-xCoxSe2中的超导性被完全抑制？
• RQ4 超导性的快速抑制是否支持局域3d电子模型而非巡游电子行为？
• RQ5 K0.8Fe2-xCoxSe2中超导性的抑制速率与其他铁基超导体相比如何？

主要发现

• 仅0.5 at.%的Co掺杂即可将K0.8Fe2-xCoxSe2中的超导性抑制至5 K，这是迄今报道的最快抑制速率。
• 随着Co浓度的增加，超导转变温度（Tc）单调下降，在x = 0.005时降至零。
• Co掺杂抑制了超导性而非诱导超导性，与它在铁砷化物超导体中的作用形成鲜明对比。
• 超导性的快速抑制支持该铁硫族化合物体系中局域3d电子模型，而非巡游电子模型。
• 超导性完全抑制的临界掺杂阈值出现在x ≈ 0.005处，对应0.5 at.%的Co。
• 结果表明存在强烈的电子关联效应和由Co诱导的局域磁矩，这与简单的巡游电子能带图像不相容。