Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Кристаллическая структура сверхпроводников AEFe 2 Pn 2 типа 122 , AE = щелочноземельный металл (Ca, Se и др.), Pn = пниктид (As, P и др.) [1]

В 122 арсенида железа нетрадиционные сверхпроводники являются частью нового класса сверхпроводников на основе железа . Они образуют тетрагональную кристаллическую структуру I4 / mmm типа ThCr 2 Si 2 . Сокращенное название «122» происходит от их стехиометрии ; 122 имеют химическую формулу AEFe 2 Pn 2 , где AE означает щелочноземельный металл (Ca, Ba, Sr или Eu), а Pn означает пниктид (As, P и т. д.). [1] [2] [3] Эти материалы становятся сверхпроводящими под давлением, а также при легировании. [4] [5] [6] [7]Максимальная температура сверхпроводящего перехода, обнаруженная на сегодняшний день, составляет 38 К в Ba 0,6 K 0,4 Fe 2 As 2 . [8] Микроскопическое описание сверхпроводимости в 122-х годах пока неясно. [9]

Обзор [ править ]

С момента открытия высокотемпературной (High T c ) сверхпроводимости в купратных материалах ученые неустанно работали, чтобы понять микроскопические механизмы, ответственные за ее возникновение. На сегодняшний день никакая теория не может полностью объяснить высокотемпературную сверхпроводимость и нетрадиционное (не s-волновое) состояние спаривания, обнаруженное в этих материалах. [10] Однако интерес научного сообщества к пониманию парного клея для нетрадиционных сверхпроводников - тех, в которых клей является электронным, то есть не может быть отнесен на счет индуцированных фононами взаимодействий между электронами, ответственных за традиционную теорию БКШ.s-волновая сверхпроводимость - недавно была расширена за счет открытия высокотемпературной сверхпроводимости (до T c = 55 K) в легированных оксипниктидных (1111) сверхпроводниках с химическим составом XOFeAs, где X = La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb или Dy. [11] [12] 122s содержат те же плоскости арсенида железа, что и оксипниктиды, но их гораздо легче синтезировать в виде крупных монокристаллов.

В 122-х годах сверхпроводимость была достигнута двумя разными способами. Один из методов - это приложение давления к нелегированным исходным соединениям. [5] [6] Второй - введение других элементов (легирующих примесей) в кристаллическую структуру в очень определенных соотношениях. Существует две схемы легирования: первый тип легирования включает введение дырок в разновидности бария или стронция ; Дырочное легирование означает замену одного иона другим с меньшим количеством электронов. Сообщалось о температурах сверхпроводящего перехода до 38 К при замещении 40% ионов Ba 2+ или Sr 2+ на K + . [8]Второй метод легирования заключается в прямом легировании слоя арсенида железа путем замены железа кобальтом. При этом наблюдались температуры сверхпроводящего перехода до ~ 20 К. [13]

В отличие от оксипниктидов, большие монокристаллы 122s можно легко синтезировать с использованием метода флюса . [14] Поведение этих материалов интересно тем, что сверхпроводимость существует наряду с антиферромагнетизмом . [9] Различные исследования, включая электрическое сопротивление, магнитную восприимчивость , теплоемкость , [13] [15] ЯМР , [16] [17] [18] рассеяние нейтронов, [2] [12] дифракцию рентгеновских лучей , мессбауэровскую спектроскопию , [ 19] и квантовые осцилляции [20] были выполнены для нелегированных исходных соединений, а также для сверхпроводящих версий.

Синтез [ править ]

Одно из важных качеств 122-х - легкость синтеза; с помощью флюсового метода можно выращивать крупные монокристаллы до ~ 5 × 5 × 0,5 мм . [14] Вкратце, метод флюса использует некоторый растворитель, в котором исходные материалы для химической реакции могут растворяться и в конечном итоге кристаллизоваться в желаемое соединение. В литературе описаны два стандартных метода, каждый из которых использует свой поток. В первом методе используется олово [14], а во втором - бинарное металлическое соединение FeAs (арсенид железа). [21]

Структурный и магнитный фазовый переход [ править ]

122s образуются в тетрагональной структуре I4 / mmm . Например, тетрагональная элементарная ячейка SrFe 2 As 2 при комнатной температуре имеет параметры решетки a = b = 3,9243 Å и c = 12,3644 Å. [19] Плоская геометрия напоминает купрат высокой Т гр сверхпроводников , в которых слои Cu-O , как полагает, поддержку сверхпроводимости. [22]

Эти материалы претерпевают структурный фазовый переход первого рода в орторомбическую структуру Fmmm ниже некоторой характеристической температуры T 0, которая является специфической для соединения. [3] [15] ЯМР эксперименты на CaFe 2 As 2 [16] показывают, что существует антиферромагнитный магнитный фазовый переход первого рода при той же температуре; напротив, антиферромагнитный переход происходит при более низкой температуре в 1111-х годах. [15] Высокотемпературное магнитное состояние является парамагнитным , а низкотемпературное состояние - антиферромагнитным состоянием, известным как волна спиновой плотности .[16]

Сверхпроводимость [ править ]

Сверхпроводимость наблюдалась в 122-х годах вплоть до максимума тока T c 38 К в Ba 1 − x K x Fe 2 As 2 с x ≈ 0,4. [19] Измерения сопротивления и магнитной восприимчивости подтвердили объемный характер наблюдаемого сверхпроводящего перехода. [19] Возникновение сверхпроводимости коррелирует с потерей состояния волны спиновой плотности. [9]

T c 38 K в сверхпроводнике Ba 1 − x K x Fe 2 As 2 (x ≈ 0,4) показывает обратный изотопный эффект железа. [23]

Другие соединения со структурой 122 [ править ]

Помимо арсенидов железа, кристаллическая структура 122 играет важную роль и для других систем материалов. Три известных примера из области тяжелых фермионов - это CeCu 2 Si 2 («первый нетрадиционный сверхпроводник », открытый в 1978 году), [24] URu 2 Si 2 (который также является сверхпроводником с тяжелыми фермионами, но является центром активных исследований в настоящее время из-за так называемая «фаза скрытого порядка» ниже 17,5 К) [25] и YbRh 2 Si 2 (один из ярких примеров квантовой критичности ). [26]

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б Хосоно, H .; Tanabe, K .; Такаяма-Муромати, Э .; Kageyama, H .; Yamanaka, S .; Kumakura, H .; Nohara, M .; Hiramatsu, H .; Fujitsu, С. (2015). «Исследование новых сверхпроводников и функциональных материалов, а также изготовление сверхпроводящих лент и проводов из пниктидов железа» . Наука и технология перспективных материалов . 16 (3): 033503. arXiv : 1505.02240 . Bibcode : 2015STAdM..16c3503H . DOI : 10.1088 / 1468-6996 / 16/3/033503 . PMC  5099821 . PMID  27877784 .
  2. ^ a b Kreyssig, A .; Грин, Массачусетс; Lee, Y .; Самолюк, Г.Д .; Zajdel, P .; Линн, JW; Будько, С.Л .; Торикачвили, М.С. Ni, N .; Nandi, S .; Leão, JB; Поултон, SJ; Аргириу, DN; Хармон, Б.Н.; McQueeney, RJ; Кэнфилд, ПК; Гольдман, AI (2008). «Тетрагональная фаза CaFe 2 As 2, индуцированная давлением, объемно схлопывающаяся, как видно через рассеяние нейтронов». Physical Review B . 78 (18): 184517. arXiv : 0807.3032 . Bibcode : 2008PhRvB..78r4517K . DOI : 10.1103 / PhysRevB.78.184517 . S2CID 118703521 . 
  3. ^ а б Тегель, М .; Роттер, М .; Weiß, V .; Шаппахер, FM; Pöttgen, R .; Джорендт, Д. (2008). «Структурные и магнитные фазовые переходы в тройных арсенидах железа SrFe 2 As 2 и EuFe 2 As 2 ». Журнал физики: конденсированное вещество . 20 (45): 452201. arXiv : 0806.4782 . Bibcode : 2008JPCM ... 20S2201T . DOI : 10.1088 / 0953-8984 / 20/45/452201 . S2CID 15023921 . 
  4. ^ Shirage, PM; Миядзава, К .; Kito, H .; Eisaki, H .; Йо, А. (2008). «Сверхпроводимость при 26 К в (Ca 1-x Na x ) Fe 2 As 2 ». Прикладная физика Экспресс . 1 (8): 081702. Bibcode : 2008APExp ... 1h1702M . DOI : 10.1143 / APEX.1.081702 .
  5. ^ а б Парк, Т .; Park, E .; Lee, H .; Климчук, Т .; Бауэр, ЭД; Ronning, F .; Томпсон, JD (2008). «Индуцированная давлением сверхпроводимость в CaFe 2 As 2 ». Журнал физики: конденсированное вещество . 20 (32): 322204. arXiv : 0807.0800 . Bibcode : 2008JPCM ... 20F2204P . DOI : 10.1088 / 0953-8984 / 20/32/322204 . S2CID 94568851 . 
  6. ^ a b Алиреза, PL; Ко, YTC; Gillett, J .; Петроне, СМ; Коул, Дж. М.; Lonzarich, GG; Себастьян, SE (2009). «Сверхпроводимость до 29 К в SrFe 2 As 2 и BaFe 2 As 2 при высоких давлениях». Журнал физики: конденсированное вещество . 21 (1): 012208. arXiv : 0807.1896 . Bibcode : 2009JPCM ... 21a2208A . DOI : 10.1088 / 0953-8984 / 21/1/012208 . PMID 21817209 . S2CID 206027136 .  
  7. ^ Анупам; Paulose, PL; Дживан, HS; Geibel, C .; Хоссейн, З. (2009). «Сверхпроводимость и магнетизм в EuFe 2 As 2, легированном K ». Журнал физики: конденсированное вещество . 21 (26): 265701. arXiv : 0812.1131 . Bibcode : 2009JPCM ... 21z5701A . DOI : 10.1088 / 0953-8984 / 21/26/265701 . PMID 21828476 . S2CID 18250230 .  
  8. ^ a b Роттер, М .; Тегель, М .; Джорендт, Д. (2008). «Сверхпроводимость при 38 К в арсениде железа (Ba 1-x K x ) Fe 2 As 2 ». Письма с физическим обзором . 101 (10): 107006. arXiv : 0805.4630 . Bibcode : 2008PhRvL.101j7006R . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.101.107006 . PMID 18851249 . S2CID 25876149 .  
  9. ^ a b c Пикетт, Уоррен Э. (2009). «Сверхпроводники на основе железа: время имеет решающее значение» . Физика природы . 5 (2): 87–88. Bibcode : 2009NatPh ... 5 ... 87P . DOI : 10.1038 / nphys1192 .
  10. ^ «К полной теории высоких Т С ». Физика природы . 2 (3): 138–143. 2006. Bibcode : 2006NatPh ... 2..138. . DOI : 10.1038 / nphys253 . ЛВП : 1887/5125 . S2CID 119554620 . 
  11. ^ Takahashi, H .; Igawa, K .; Arii, K .; Kamihara, Y .; Hirano, M .; Хосоно, Х. (2008). «Сверхпроводимость при 43 К в слоистом соединении на основе железа LaO 1-x F x FeAs» . Природа . 453 (7193): 376–8. Bibcode : 2008Natur.453..376T . DOI : 10,1038 / природа06972 . PMID 18432191 . S2CID 498756 .  
  12. ^ а б Хуанг, Q .; Qiu, Y .; Bao, W .; Грин, Массачусетс; Линн, JW; Гаспарович, Ю.С.; Wu, T .; Wu, G .; Чен, XH (2008). «Нейтронографические измерения магнитного порядка и структурного перехода в исходном соединении BaFe 2 As 2 высокотемпературных сверхпроводников на основе FeAs». Письма с физическим обзором . 101 (25): 257003. arXiv : 0806.2776 . Bibcode : 2008PhRvL.101y7003H . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.101.257003 . PMID 19113744 . 
  13. ^ a b Leithe-Jasper, A .; Schnelle, W .; Geibel, C .; Рознер, Х. (2008). «Сверхпроводящее состояние в SrFe 2-x Co x As 2 из- за внутреннего легирования слоев арсенида железа». Письма с физическим обзором . 101 (20): 207004. arXiv : 0807.2223 . Bibcode : 2008PhRvL.101t7004L . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.101.207004 . PMID 19113371 . S2CID 8645332 .  
  14. ^ а б в Кэнфилд, ПК; Будько; Ni; Крейссиг; Гольдман; МакКуини; Торикачвили; Аргириу; Люк; Ю. (2009). «Структурные, магнитные и сверхпроводящие фазовые переходы в CaFe 2 As 2 при атмосферном и приложенном давлении». Physica C: сверхпроводимость . 469 (9–12): 404. arXiv : 0901.4672 . Bibcode : 2009PhyC..469..404C . DOI : 10.1016 / j.physc.2009.03.033 . S2CID 119281157 . 
  15. ^ a b c Krellner, C .; Caroca-Canales, N .; Jesche, A .; Rosner, H .; Ormeci, A .; Гейбель, К. (2008). «Магнитные и структурные переходы в слоистых системах арсенида железа: AFe 2 As 2 против RFeAsO». Physical Review B . 78 (10): 100504. arXiv : 0806.1043 . Bibcode : 2008PhRvB..78j0504K . DOI : 10.1103 / PhysRevB.78.100504 . S2CID 119288375 . 
  16. ^ a b c Baek, S. -H .; Курро, штат Нью-Джерси; Климчук, Т .; Бауэр, ЭД; Ronning, F .; Томпсон, JD (2009). «Магнитный переход первого рода в монокристаллическом CaFe 2 As 2 обнаружен ядерным магнитным резонансом 75 As». Physical Review B . 79 (5): 052504. arXiv : 0808.0744 . Bibcode : 2009PhRvB..79e2504B . DOI : 10.1103 / PhysRevB.79.052504 . S2CID 119004910 . 
  17. ^ Baek, S. -H .; Lee, H .; Браун, SE; Курро, штат Нью-Джерси; Бауэр, ЭД; Ronning, F .; Парк, Т .; Томпсон, JD (2009). «ЯМР-исследование сверхпроводимости и антиферромагнетизма в CaFe 2 As 2 под давлением». Письма с физическим обзором . 102 (22): 227601. arXiv : 0903.2011 . Bibcode : 2009PhRvL.102v7601B . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.102.227601 . PMID 19658902 . S2CID 18061290 .  
  18. ^ Курро, Нью-Джерси; Dioguardi, AP; Aproberts-Warren, N .; Шокли, AC; Клавиньш, П. (2009). «Низкоэнергетическая спиновая динамика в антиферромагнитной фазе CaFe 2 As 2 ». Новый журнал физики . 11 (7): 075004. arXiv : 0902.4492 . Bibcode : 2009NJPh ... 11g5004C . DOI : 10.1088 / 1367-2630 / 11/7/075004 . S2CID 14216790 . 
  19. ^ a b c d Роттер, М .; Тегель, М .; Johrendt, D .; Schellenberg, I .; Hermes, W .; Пёттген, Р. (2008). «Аномалия спиновой волны плотности при 140 К в тройном арсениде железа BaFe 2 As 2 » . Physical Review B . 78 (2): 020503. arXiv : 0805.4021 . Bibcode : 2008PhRvB..78b0503R . DOI : 10.1103 / PhysRevB.78.020503 . S2CID 118379843 . 
  20. ^ Харрисон, N .; Макдональд, РД; Мильке, Швейцария; Бауэр, ЭД; Ronning, F .; Томпсон, JD (2009). «Квантовые колебания в антиферромагнетике CaFe 2 As 2 на грани сверхпроводимости» . Журнал физики: конденсированное вещество . 21 (32): 322202. arXiv : 0902.1481 . Bibcode : 2009JPCM ... 21F2202H . DOI : 10.1088 / 0953-8984 / 21/32/322202 . PMID 21693960 . S2CID 12345149 .  
  21. ^ Луо, H .; Wang, Z .; Ян, H .; Cheng, P .; Чжу, X .; Вен, ХХ (2008). «Рост и характеристика монокристаллов A 1 − x K x Fe 2 As 2 (A = Ba, Sr) с x = 0–0,4». Наука и технологии сверхпроводников . 21 (12): 125014. arXiv : 0807.0759 . Bibcode : 2008SuScT..21l5014L . DOI : 10.1088 / 0953-2048 / 21/12/125014 . S2CID 2746754 . 
  22. ^ Садовский, М. В. (2008). «Высокотемпературная сверхпроводимость в слоистых соединениях железа на основе железа». Успехи физ . 51 (12): 1201–1227. arXiv : 0812.0302 . Bibcode : 2008PhyU ... 51.1201S . DOI : 10.1070 / PU2008v051n12ABEH006820 . S2CID 59490013 . 
  23. ^ Shirage, PM; Kihou, K .; Миядзава, К .; Ли, Швейцария; Kito, H .; Eisaki, H .; Янагисава, Т .; Tanaka, Y .; Йо, А. (2009). «Обратный эффект изотопа железа на температуру перехода (Ba, K) Fe 2 As 2 сверхпроводника». Письма с физическим обзором . 103 (25): 257003. arXiv : 0903.3515 . Bibcode : 2009PhRvL.103y7003S . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.103.257003 . PMID 20366277 . S2CID 44684501 .  
  24. ^ Steglich, F .; Aarts, J .; Bredl, CD; Lieke, W .; Meschede, D .; Franz, W .; Шефер, Х. (1979). «Сверхпроводимость при сильном парамагнетизме Паули: CeCu 2 Si 2 ». Письма с физическим обзором . 43 (25): 1892. Bibcode : 1979PhRvL..43.1892S . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.43.1892 . ЛВП : 1887/81461 .
  25. ^ Palstra, TTM; Меновский, АА; van den Berg, J .; Диркмаат, AJ; Kes, PH; Nieuwenhuys, GJ; Mydosh, JA (1985). "Сверхпроводящие и магнитные переходы в системе тяжелых фермионов URu2Si2" (PDF) . Письма с физическим обзором . 55 (24): 2727–2730. Bibcode : 1985PhRvL..55.2727P . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.55.2727 . PMID 10032222 .  
  26. ^ Gegenwart, P .; Si, Q .; Стеглич, Ф. (2008). «Квантовая критичность в тяжелых фермионных металлах». Физика природы . 4 (3): 186. arXiv : 0712.2045 . Bibcode : 2008NatPh ... 4..186G . DOI : 10.1038 / nphys892 . S2CID 119086996 .