[论文解读] Structural and electronic phase diagrams of CeFeAsO1-xFx and SmFeAsO1-xFx

H. Maeter, Jorge Enrique Hamann Borrero+18 more|arXiv (Cornell University)|Oct 25, 2012

Iron-based superconductors research参考文献 2被引用 5

一句话总结

本研究利用μ子自旋松弛、X射线衍射及互补光谱学方法，绘制了CeFeAsO1-xFx与SmFeAsO1-xFx的结构与电子相图。结果表明，磁性与结构相变强烈耦合，短程磁序先于长程磁序出现，并在最佳掺杂区域识别出超导性与短程磁性的共存，尽管这种共存的性质在纳米相分离与微观共存之间仍不明确。

ABSTRACT

We have studied the structural and electronic phase diagrams of CeFeAsO1-xFx and SmFeAsO1-xFx by a detailed analysis of muon spin relaxation experiments, synchrotron X-ray diffraction, Mössbauer spectroscopy, electrical resistivity, specific heat, and magnetic susceptibility measurements (Full abstract in the main document).

研究动机与目标

• 解决关于F掺杂RFeAsO（R = Ce, Sm）体系中磁性到超导转变的相互矛盾报告。
• 阐明稀土铁砷氧氮化物中结构、磁性和超导相之间的相互作用。
• 确定观测到的超导性与短程磁性共存是否源于电子相分离或微观共存。
• 量化结构与磁性转变的展宽，并评估其在临界涨落与无序作用下的起源。
• 比较不同掺杂水平下直接（μSR、XRD）与间接（电阻率）测量的转变温度。

提出的方法

• 开展μ子自旋松弛（μSR）实验，探测局域磁场，检测短程与长程磁序。
• 利用同步辐射X射线衍射测量结构相变，并分析布拉格峰展宽。
• 采用穆斯堡尔谱学、电学电阻率、比热与磁化率测量，交叉验证相变行为。
• 应用含幂律标度磁性体积分数与温度依赖序参量的唯象模型，描述磁性转变的展宽行为。
• 分析超导态下的磁穿透深度，评估能隙对称性，结果与单节点无隙s波能隙相容。
• 将晶格常数与F掺杂引起的离子无序性关联至4f磁矩相互作用（RKKY与超交换作用）的变化。

实验结果

研究问题

• RQ1 在CeFeAsO1-xFx与SmFeAsO1-xFx中，氟掺杂如何影响结构与磁性转变的演化？
• RQ2 在最佳掺杂组成中观测到的超导性与短程磁序共存的性质是什么？
• RQ3 为何磁性与结构转变在宽广温度范围内展宽？其展宽原因是什么？
• RQ4 临界涨落与无序在多大程度上导致磁性与结构转变的展宽？
• RQ5 F掺杂如何影响稀土4f磁有序？主导作用机制（RKKY或超交换）为何？

主要发现

• 正交相变（从四角相到正交相）先于并抑制长程磁序转变，二者均随氟掺杂增加而被抑制。
• 在Sm体系中，长程磁序可维持至结构相变温度以上约10 K，表明存在显著的磁性相窗口。
• 两系统均在宽广温度范围内表现出短程磁序，μSR在SmFeAsO中检测到相干进动，表明磁序簇中存在长程有序。
• 磁性转变展宽，表现为布拉格峰宽度增加及横向弛豫率呈现幂律行为，与临界涨落和无序一致。
• 在超导样品中，磁穿透深度与单节点无隙s波能隙相容，表明为常规配对对称性。
• F掺杂削弱了稀土磁有序：Sm的磁序仅降低1–2 K，而Ce的磁序在x = 0.145时被抑制至约1 K，表明无序与费米面变化导致RKKY相互作用减弱。