[论文解读] Vortex dynamic, pinning and irreversibility field investigation in EuRbFe4As4 superconductor

В. А. Власенко, K. S. Pervakov+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 11, 2019

Iron-based superconductors research参考文献 45被引用 5

一句话总结

本研究通过交流磁化率和直流磁矩测量，探究了单晶 EuRbFe₄As₄ 中的涡旋动力学、钉扎行为及不可逆性。结果表明，在低场下涡旋钉扎作用极强，激活能为 6700 K，且 U₀ ∝ H⁻⁰.⁴⁷ 呈幂律衰减，表明为热激活塑性钉扎，可能源于平面缺陷。不可逆场 H_irr(T) 符合 H(T) = H(0)(1−T/T_c)^n 关系，其中 n ≈ 2.15，上临界场 H_c2(0) 估算为 135 T，与 H∥ab 时的泡利极限行为一致。

ABSTRACT

We performed systematic AC susceptibility and magnetic moment measurements to investigate the vortex dynamics and pinning in the $EuRbFe_4As_4$ single crystal as a function of temperature, frequency, and DC magnetic field. The vortex solid-liquid line was determined and it fits well with $H(T_p)=H_0(1-t_p)^β$ using $β$=1.74-1.91, for $H\parallel ab$. It indicates a rather high pinning strength of the vortex system. The activation energy $U_0$ was determined from thermally activated flux creep theory and reached 6700 K at low fields, suggesting strong vortex pinning. A field dependence of $U_0(H\parallel ab)\sim H^a$ with $a=0.47$ suggests thermally activated plastic pinning or caused by planar defects. Magnetic moment measurements also confirmed strong pinning in a $EuRbFe_4As_4$ superconductor and the superconducting response gives the main contribution to the $M(H)$ hysteresis. Additionally, we found evidence of long-range magnetic interactions in $Eu^{2+}$ sublattice and the FM-like nature of $Eu^{2+}$ atoms ordering.

研究动机与目标

• 理解铁基超导体 EuRbFe₄As₄ 中的涡旋动力学与钉扎机制。
• 确定涡旋固-液相变线及不可逆场 H_irr(T) 随温度与磁场的变化关系。
• 研究 Eu²⁺ 磁有序对涡旋行为及超导性质的影响。
• 量化涡旋激活能 U₀ 及其磁场依赖性，以评估钉扎强度。
• 构建包含 H_c2、H_irr 和 H_m（磁有序交叉点）的综合磁相图。

提出的方法

• 在场冷（FC）条件下进行交流磁化率测量，H_ac = 1 Oe，频率范围为 33 至 9777 Hz，外场沿 ab 平面方向。
• 采用振动样品磁强计（VSM）在零场冷（ZFC）和场冷（FC）条件下获取直流磁矩（M(H)）测量数据。
• 基于频率依赖的交流磁化率数据，利用热激活通量蠕变理论提取涡旋激活能 U₀。
• 通过 ΔM(H) 回滞行为并采用 1 emu/g 准则确定不可逆场 H_irr，并拟合为 H(T) = H(0)(1−T/T_c)^n。
• 从超导转变的起始点估算上临界场 H_c2，并与 WHH 模型预测值进行比较。
• 通过 SEM-EDS 验证化学成分与晶体质量，确认元素分布均匀，并存在少量 EuFe₂As₂ 二次相。

实验结果

研究问题

• RQ1 EuRbFe₄As₄ 中涡旋固-液相变的温度与磁场依赖性如何？
• RQ2 涡旋钉扎作用有多强？涡旋激活能 U₀ 的磁场依赖性如何？
• RQ3 Eu²⁺ 磁有序的存在如何影响涡旋动力学与不可逆性？
• RQ4 上临界场 H_c2(0) 是多少？与理论估算值相比如何？
• RQ5 涡旋相边界（H_c2、H_irr、H_m）如何随温度变化？这对涡旋态意味着什么？

主要发现

• 涡旋固-液相变线与 H(T_p) = H₀(1−t_p)^β 拟合良好，其中 β = 1.74–1.91，表明存在强涡旋钉扎。
• 涡旋激活能 U₀ 在低场下达到 6700 K，证实了涡旋系统中存在强钉扎。
• U₀ 的磁场依赖性符合 U₀ ∝ H⁻⁰.⁴⁷（H∥ab），与热激活塑性钉扎或平面缺陷行为一致。
• 临界电流密度 J_c ∝ H⁻a，其中 0.55 < a < 0.68，与强钉扎理论预测的 H⁻⁵/⁸ 依赖性良好一致。
• 不可逆场 H_irr(T) 符合 H(T) = H(0)(1−T/T_c)^n，其中 n ≈ 2.15，且 H_irr(0) ≈ 70 T。
• 上临界场 H_c2(0) 估算为 135 T，n = 2.15，与 H∥ab 时的泡利极限行为一致，尽管直接测量结果表明其值约为 70–80 T。