本文用随温度变化的面内电阻率($ρ(T)$)测量方法,测定了化学计量比的砷化铁超导体KFe $_2$ As $_2$单晶的上临界场及其各向异性。晶体的特征在于剩余电阻率比,$ρ(300K)/ρ(0)$高达3000和电阻转变中点温度,$T_c$ =3.8 K,显着高于以前的研究相同的材料。我们发现增加的$H_{c2}(T)$的两个方向的磁场,其规模与增加的$T_c$。这种不寻常的线性$H_{c2}(T_c)$标度对于清洁材料中上临界场的轨道限制机制是不期望的。
英文摘要:
Measurements of temperature-dependent in-plane resistivity, $ρ(T)$, were used to determine the upper critical field and its anisotropy in high quality single crystals of stoichiometric iron arsenide superconductor KFe$_2$As$_2$. The crystals were characterized by residual resistivity ratio, $ρ(300K)/ρ(0)$ up to 3000 and resistive transition midpoint temperature, $T_c$=3.8 K, significantly higher than in previous studies on the same material. We find increased $H_{c2}(T)$ for both directions of the magnetic field, which scale with the increased $T_c$. This unusual linear $H_{c2}(T_c)$ scaling is not expected for orbital limiting mechanism of the upper critical field in clean materials.
Single Crystal Growth and Characterization of the Iron-Based Superconductor KFe2As2 Synthesized by KAs Flux Method
采用自熔法生长了厘米级片状KFe_2As_2单晶。使用商业不锈钢容器的封装技术允许持续超过2周的稳定晶体生长。研究了不同起始组成的K-Fe-As三元体系的最佳生长条件。采用KAs助熔剂生长出典型尺寸为15 mm × 10 mm × 0.4 mm的大单晶,晶体在3.4 K下具有明显的超导转变,转变宽度为0.2 K,剩余电阻率比超过450,表明样品质量良好。
Spin glass in semiconducting KFe$_{1.05}$Ag$_{0.88}$Te$_{2}$ single crystals
本文报道了具有半导体自旋玻璃基态的KFe $_{1.05}$ Ag $_{0.88}$ Te $_{2}$单晶的发现。组成和结构分析表明,接近化学计量的I4/mmm空间群,但允许存在空位,在长程半导体反铁磁体KFe $_{0.85}$ Ag $_{1.15}$ Te $_{2}$中不存在。Fe/Ag亚晶格中化学计量的细微变化改变了磁性基态,但没有改变导电性,从而进一步深入了解半导体间隙机制。
Thermal conductivity study of KFe$_2$As$_2$ single crystal: clear evidence for unconventional superconducting gap with nodes
研究了过掺杂KFe $_2$ As $_2$($T_c$ = 3.0 K)单晶的面内电阻率$ρ$和热导率$κ$。研究发现,$ρ\sim T^{1.5}$在低温下,具有典型的非费米液体行为,电子受到反铁磁自旋涨落的散射。在零场中,我们观察到一个大的剩余线性项$κ_0/T$,约为正常状态值的三分之一。在低磁场中,$κ_0/T(H)$增加非常快。$κ_0/T$的这种行为模拟了d波铜氧化物超导体,从而为KFe $_2$ As $_2$的超导能隙中的节点提供了明确的证据。基于KFe $_2$ As $_2$的费米面拓扑结构,我们认为主要的带内配对通过反铁磁自旋涨落导致了非常规的具有节点的超导能隙.
Simultaneous Evidence for Pauli Paramagnetic Effects and Multiband Superconductivity in KFe$_2$As$_2$ by Small-Angle Neutron Scattering Studies of the Vortex Lattice
我们研究了KFe $_2$ As $_2$中超导态的内禀各向异性。当外加磁场向FeAs晶面旋转时,利用小角中子散射对涡旋晶格成像。各向异性被发现是强烈的场依赖性,表明多带超导性。此外,高场各向异性显着超过上临界场,提供进一步的支持泡利限制在KFe $_2$作为$_2$中施加在基面的字段。泡利顺磁性对涡核中未成对准粒子的影响直接从纵向和横向涡旋晶格场调制引起的散射强度的比值中表现出来。
Evidence for superconducting gap nodes in the zone-centered hole bands of KFe2As2 from magnetic penetration-depth measurements
在铁基磷属元素化物超导体中,KFe $_2$ As $_2$的特殊之处在于它的费米面不是由准嵌套的电子和空穴口袋组成。在这里,我们报告测量的温度依赖的伦敦渗透深度非常干净的晶体,这种化合物与剩余电阻率比$>1200$。我们发现,在低温下的超流密度表现出很强的线性温度依赖性,这意味着有线节点的能隙的大区域中心的孔片。结果表明,KFe $_2$ As $_2$是一种非常规的强电子关联超导体.
$^{57}$Fe Mössbauer study of stoichiometric iron based superconductor CaKFe$_4$As$_4$: a comparison to KFe$_2$As$_2$ and CaFe$_2$As$_2$
在CaKFe $_4$ As $_4$单晶定向镶嵌体上测量了$\sim 5$ K和$\sim 300$ K之间不同温度下的$^{57}$ Fe穆斯堡尔谱。数据表明,CaKFe $_4$ As $_4$是一种良好形成的化合物,具有窄的光谱线,在光谱中没有痕量的其他含Fe的第二相,并且没有静态磁序。在超导转变温度下,任何超精细参数都没有明显的特征。四极分裂的温度依赖性近似遵循经验的“$T^{3/2}$定律”。将CaKFe $_4$ As $_4$的超精细参数与本工作中测量的KFe $_2$ As $_2$的超精细参数以及CaFe $_2$ As $_2$的文献数据进行了比较,发现它们介于这两种有序的122种化合物之间。与CaKFe $_4$ As $_4$作为KFe $_2$ As $_2$和CaFe $_2$ As $_2$的结构类似物的总体观点一致,在结构中具有交替的Ca -和K -层。
Disordered magnetism in superconducting KFe2As2 single crystals
对不同工艺合成的高质量KFe_2As_2(K_(122))单晶进行了磁化强度和比热(SH)测量。有两种类型的样品都受到无序磁相的影响:(i)团簇玻璃(CG)样或(ii)格里菲斯相(G)样。对于(i)在低外加磁场下,零场冷却(ZFC)线性磁化率(chi_l)的T依赖性在ZFC和场冷却(FC)数据中表现出不可逆行为的异常。这种异常与冻结温度T_f有关。外推到B=0的T_f在50 ~ 90 K之间变化。在T_f以下,我们观察到等温磁化强度(M(B))随磁场变化的磁滞现象。冻结温度的频移Δ T_f= Δ T_f/[T_fΔ(\ln ν)] \sim 0.05 $ has an intermediate value, which provides evidence for the formation of a CG-like state in the K122 samples of type (i). The frequency dependence of their T_f follows a conventional power-law divergence of critical slowing down: tau=tau_0 [T_f(nu)/T_f(0)-1]^{-zν^{'}} with the critical exponent zν^{'}=10(2) and a relat…
Anomalous impurity effects in the iron-based superconductor KFe$_2$As$_2$
用KAs助熔剂法生长了高质量的K(Fe $_{1-x}$ Co $_x$)$_2$ As $_2$单晶。而不是通过电子掺杂增加超导转变温度$T_{\rm c}$,我们发现,Co杂质迅速抑制$T_{\rm c}$下降到零,只有$x \approx$ 0.04。杂质对$T_{\rm c}$的这种有效抑制与在具有多个无结超导带隙的Ba $_{0.5}$ K $_{0.5}$ Fe $_2$ As $_2$中观察到的情况完全不同。零场热导率测量表明,尽管散射率急剧增加,但$3.4\%$ Co掺杂后,剩余线性项$κ_0/T$的变化很小。这些异常杂质效应的影响进行了讨论。
Microscopic evidence for Fulde-Ferrel-Larkin-Ovchinnikov state and multiband effects in KFe$_2$As$_2$
Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences(中国科学院物理研究所);Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics(北京凝聚态物理国家研究中心);School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学物理科学学院);State Key Laboratory of Surface Physics and Department of Physics, Fudan University(复旦大学表面物理国家重点实验室和物理系);School of Physics and Astronomy, Beijing Normal University(北京师范大学物理与天文学院);Key Laboratory of Multiscale Spin Physics, Ministry of Education, Beijing Normal University(北京师范大学多尺度自旋物理教育部重点实验室);Shanghai Research Center for Quantum Sciences(上海量子科学研究中心);Institute of Nanoelectronics and Quantum Computing, Fudan University(复旦大学纳米电子与量子计算研究所)
75As NMR study of single crystals of the heavily overdoped pnictide superconductors Ba{1-x}KxFe2As2 (x = 0.7 and 1)
我们对两种高质量的过掺杂Ba $_{1-x}$ K $_{x}$ Fe $_2$ As $_2$(x=0.7和1.0)单晶进行了$^{75}$ As NMR研究。在正常状态下,我们发现自旋晶格弛豫($1/^{75}T_1$)从x=0.7到x=1.0的样品急剧增加。在KFe $_2$ As $_2$中,$1/^{75}T_1TK_n^2$的比率(其中$^{75}K_n$是奈特位移)随着温度降低而增加。这些结果表明,通常被当作简单费米液体的KFe $_2$ As $_2$中存在一种新的自旋涨落.在超导状态下,我们观察到一个阶梯状的功能在x=0.7样品的自旋晶格弛豫的温度依赖性,这支持一个两个间隙的超导低掺杂材料。然而,$1/^{75}T_1$在过掺杂样品中低于Tc的温度标度与在欠掺杂或最佳掺杂的样品中的温度标度显著不同。观察到了幂律标度行为$1/^{75}T_1T\sim T^{0.5}$,这表明在过掺杂空穴型超导体中普遍存在较强的低能激发。
Heat transport in RbFe2As2 single crystal: evidence for nodal superconducting gap
测量了铁基超导体RbFe $_2$ As $_2$单晶($T_c \approx$ 2.1 K)的面内热导率,其值可低至100 mK。在零场条件下,观测到一个显著的剩余线性项$κ_0/T$ = 0.65 mW K $^{-2}$ cm $^{-1}$,为结超导能隙提供了明确的证据。$κ_0/T$的场依赖性类似于其姊妹化合物CsFe $_2$ As $_2$的场依赖性,具有相当的剩余电阻率$ρ_0$,并且位于脏的和干净的KFe $_2$ As $_2$之间。这些结果表明,(K,Rb,Cs)Fe $_2$ As $_2$系列超导体具有共同的节隙结构。
Crossover in the magnetic response of single-crystalline Ba$_{1-x}$K$_x$Fe$_2$As$_2$ and Lifshitz critical point evidenced by Hall effect measurements
本文报道了高质量Ba $_{1-x}$ K $_x$ Fe $_2$ As $_2$($0.13 \leq x \leq 1$)单晶的磁化率$χ(T)$和霍尔系数$R_H$的掺杂演变。研究发现,随着K含量的增加,Ba $_{1-x}$ K $_x$ Fe $_2$ As $_2$化合物的正常磁化率从未掺杂和欠掺杂样品中的线性$T$依赖性转变为过掺杂样品中的KFe $_2$ As $_2$型磁响应。欠掺杂样品的霍尔系数$R_H$ =0.22,显示出自旋密度波转变温度$T_{SDW}$以上的快速增加。在$T_{SDW}$以下,它缓慢增加。最佳掺杂和轻微过掺杂样品($0.34 \leq x \leq 0.65$)的$R_H$在150 K以下表现出较弱的温度依赖性和饱和趋势。然而,K重过掺杂样品的$R_H$($0.80 \leq x \leq 1$)在低于150 K时迅速增加。同时,霍尔角$cot θ_H$在掺杂范围$0.22 \leq x \leq 0.55$内显示凹的温度依赖性,而在掺杂范围$0.65 \leq x \leq 1$内变为凸的温度依赖性。这种剧烈的变化与在临界掺杂$x$ =0.80附近发生的Lifshitz转变相吻合,其中ARPES测量证实了Ba $_{1-x}$ K $_x$ Fe $_2$ As $_2$系统中的电子袋随着过量空穴掺杂而消失。在Ba-$_{1-x}$-…
Upper critical field, anisotropy, and superconducting properties of Ba$_{1-x}$K$_x$Fe$_2$As$_2$ single crystals
测量了Ba $_{1-x}$ K $_x$ Fe $_2$ As $_2$(x = 0.23,0.25,0.28和0.4)单晶的温度电阻率和超导Ba $_{0.6}$ K $_{0.4}$ Fe $_2$ As $_2$单晶的角度电阻率。对不同掺杂水平样品的温度依赖性电阻率的测量表明,具有非常高的上临界场,其随转变温度单调增加,和非常低的超导各向异性比$Γ=H_{c2}^{ab}/H_{c2}^c \approx$ 2。通过在各向异性Ginzburg-Landau理论框架下对电阻率进行标度,在一定温度下用不同磁场测量的Ba $_{0.6}$ K $_{0.4}$ Fe $_2$ As $_2$单晶的角度相关电阻率坍缩到一条曲线上。作为唯一的标度参数,各向异性$Γ$确定交替为每个温度,并被发现是在2和3之间。
A comprehensive scenario of the single crystal growth and doping dependence of resistivity and anisotropic upper critical fields in (Ba$_{1-x}$K$_x$)Fe$_2$As$_2$ ($0.22 \leq x \leq 1$)
用倒置温度梯度法在宽的组分范围$0.22 \leq x \leq 1$内生长了大尺寸高质量的空穴掺杂铁基超导体(Ba $_{1-x}$ K $_x$)Fe $_2$ As $_2$单晶。我们发现,高的均热温度,快速冷却速率,并调整温度窗口的生长是必要的,以获得单晶的重K掺杂晶体(0.65 $\leq x \leq$ 0.92)与窄的组成分布所揭示的尖锐的超导转变的磁化测量和接近100%的超导体积分数。通过X射线和成分分析对晶体进行了广泛的表征,揭示了$c$轴晶格参数随K取代的单调演化。定量测量的温度依赖性的面内电阻率,$ρ(T)$发现掺杂无关的,恒定的误差条内,在室温下的电阻率,$ρ(300K)$,在电子和等价取代的BaFe $_2$作为$_2$的组合物中的显着的掺杂依赖性形成鲜明对比。温度依赖性电阻率$ρ(T)$的形状示出了系统的掺杂演变,在过掺杂中接近$T^2$,并且在最佳掺杂下揭示了$T$线性分量的显著贡献。对于$H\parallel c$、$ H_{c2,c}$和$H \parallel ab$、$H_{c2,ab}$,上临界场$d H_{c2}/dT$的斜率与$T_c$成线性比例。上临界场的各向异性,$γ\equiv H_{c2,ab} / H_{c2,c}$确定近零场$T_c$增加从$\sim$ 2到4-5随着增加K掺杂水平从最佳$x \sim$ 0.4到强过掺杂$x$…
Identification of nematic superconductivity from the upper critical field
最近的核磁共振和比热测量同时提供了掺杂拓扑绝缘体Cu $_x$ Bi $_2$ Se $_3$超导态旋转对称性自发破缺的证据。这表明配对对称性对应于$D_{3d}$晶体点群的二维表示,并且Cu $_x$ Bi $_2$ Se $_3$是超导体。本文在Ginzburg-Landau(GL)理论框架下对超导体的上临界场$H_{c2}$进行了全面的研究。与典型的GL理论相反,GL理论具有涌现的U(1)旋转对称性,掩盖了晶体的离散对称性,三角晶体中的双组分超导体理论反映了真正的$D_{3d}$晶体对称性。这对上临界场有直接的影响。首先,三角超导体的$H_{c2}$在基面上表现出六重各向异性。第二,当两个分量的简并度被提升时,例如,在单轴应变下,$H_{c2}$表现出具有特征角度和温度依赖性的双重各向异性。我们的深入研究表明,上临界场的测量是一种直接检测超导性的方法,它直接适用于最近发现的三角超导体Cu $_x$ Bi $_2$ Se $_3$,Sr $_x$ Bi $_2$ Se $_3$,Nb $_x$ Bi $_2$ Se $_3$,和Tl $_x$ Bi $_2$ Se $_3$。
Transport properties, upper critical field and anisotropy of Ba(Fe$_{0.75}$Ru$_{0.25}$)$_2$As$_2$ single crystals
测量了Ba(Fe $_{0.75}$ Ru $_{0.25}$)$_2$ As $_2$单晶在14 T磁场下的温度和角度电阻率。与温度相关的电阻率与磁场平行的c轴和ab平面,使我们能够推导出的斜率d $H_{c2}^{ab}/dT$和d $H_{c2}^c/dT$附近的$T_c$产生的各向异性比$Γ=dH_{c2}^{ab}/dT/dH_{c2}^c/dT \approx$ 2。在各向异性Ginzburg-Landau理论的框架内,通过标度在固定温度和不同磁场下测得的电阻率-角度曲线,我们以另一种方式获得了各向异性。我们再次发现,各向异性$(m_c/m_{ab})^{1/2}$接近2。该值与Ba $_{0.6}$ K $_{0.4}$ Fe $_2$ As $_2$(K掺杂的Ba 122)和Ba(Fe $_{0.92}$ Co $_{0.08}$)$_2$ As $_2$(Co掺杂的Ba 122)中的值非常相似。这表明,Ru掺杂样品中费米面的3D翘曲效应可能并不比K掺杂或Co掺杂的Ba 122样品中的3D翘曲效应强,因此,Ru掺杂样品中可能出现的节点不能归因于费米面的3D翘曲效应。