The iron-based superconductor Ba$_{1-x}$K$_x$Fe$_\text{2}$As$_\text{2}$ is emerging as a key material for high magnetic field applications owing to the recent developments in superconducting wires and bulk permanent magnets. Epitaxial thin films play important roles in investigating and artificially tuning physical properties; nevertheless, the synthesis of Ba$_{1-x}$K$_x$Fe$_2$As$_2$ epitaxial thin films remained challenging because of the high volatility of K. Herein, we report the successful growth of epitaxial Ba$_{1-x}$K$_x$Fe$_\text{2}$As$_\text{2}$ thin films by molecular-beam epitaxy with employing a combination of fluoride substrates (CaF$_\text{2}$, SrF$_\text{2}$, and BaF$_\text{2}$) and a low growth temperature (350$-$420$^\circ$C). Our epitaxial thin film grown on CaF$_\text{2}$ showed sharp superconducting transition at an onset critical temperature of 36 K, slightly lower than bulk crystals by ~2 K due presumably to the strain effect arising from the lattice and thermal expansion mismatch. Critical current density ($J$$_\text{c}$) determined by the magnetization hysteresis loop is as high as 2.2 MA/cm$^\text{2}$ at 4 K under self-field. In-field $J$$_\text{c}$ characteristics of the film are superior to the bulk crystals. The realization of epitaxial thin films opens opportunities for tuning superconducting properties by epitaxial strain and revealing intrinsic grain boundary transport of Ba$_{1-x}$K$_x$Fe$_\text{2}$As$_\text{2}$.
Atomically-flat, chemically-stable, superconducting epitaxial thin film of iron-based superconductor, cobalt-doped BaFe$_2$As$_2$
最近报道了诸如Co掺杂的SrFe $_2$ As $_2$(SrFe $_2$ As $_2$:Co)的Fe基超导体的外延生长,但是由于它们具有粗糙的表面并且通过与环境大气中的水蒸气的反应而分解,因此对于器件应用而言仍然具有不足的性能。本文报道了在700 ℃下生长的Co掺杂BaFe $_2$ As $_2$外延膜的超导转变起始温度为20 K。该转变比在SrFe $_2$ As $_2$:Co膜上观察到的转变更尖锐,这将源于它们改进的结晶度。这些薄膜还具有原子级平坦的表面,具有台阶和露台结构,并表现出抗水蒸气暴露的化学稳定性。
DC superconducting quantum interference devices fabricated using bicrystal grain boundary junctions in Co-doped BaFe2As2 epitaxial films
在(La,Sr)(Al,Ta)O3双晶衬底上,用Co掺杂BaFe_2As_2外延薄膜制备了直流超导量子干涉器件(dc-SQUID)。18 x 8微米^2 SQUID环的电感估计为13 pH,包含两个3微米宽的晶界结。电压-通量特性明显呈现出周期性调制,在14 K时Δ V = 1.4微伏,而dc-SQUID的本征通量噪声在20 Hz以上为7.8 x 10^-5 fa 10/Hz ^[1/2]。较高的磁通噪声主要归因于双晶晶界的超导-正常金属-超导结性质导致的较小的电压调制深度。
Calculation of the specific heat of optimally K-doped BaFe$_2$As$_2$
用密度泛函理论计算的最佳K掺杂BaFe $_2$ As $_2$的比热比实验值小约5倍。我们报告说,通过调整铁原子上的电位,使其对电子的排斥性稍强,从而提高了Ba $_{0.6}$ K $_{0.4}$ Fe $_2$ As $_2$的计算热容以及结构、磁性和电子性质。对反铁磁态作同样的修正,我们发现电子-声子耦合得到了强烈的增强。
Anomalous phonon redshift in K-doped BaFe2As2 iron pnictides
用红外光谱研究了K、Co和P掺杂对BaFe $_2$ As $_2$体系晶格动力学的影响。我们重点研究了BaFe $_2$ As $_2$中能量最高的面内红外激活Fe-As模$\sim$ 253 cm $^{-1}$处的声子。我们的研究表明,Co和P掺杂导致了声子频率的蓝移,这可以用掺杂引起的晶格参数的变化来简单解释。与此形成鲜明对比的是,在K掺杂的化合物中观察到相同模式的不寻常的红移,与上述解释不一致。在K掺杂的BaFe $_2$ As $_2$中的这种反常行为更可能与晶格振动和其他通道(例如电荷或自旋)之间的耦合有关。这种耦合的情况也支持的非对称线的形状和强度增长的声子在K掺杂的化合物。
Spin reorientation in Na-doped BaFe$_2$As$_2$ studied by neutron diffraction
用非极化和极化中子衍射方法研究了Na掺杂BaFe $_2$ As $_2$的磁有序性。与以前研究的磁性有序的FeAs基化合物不同,Ba $_{1-x}$ Na $_x$ Fe $_2$ As $_2$表现出两个连续的磁性转变:当x=0.35时,冷却后磁序发生在$\sim$ 70\ K,面内磁矩被安排为纯或Ni,Co和K掺杂的BaFe $_2$ As $_2$样品。在$\sim$ 46 K的温度下发生第二相变,单晶中子衍射实验可以明确地将其识别为自旋重取向。在低温下,Ba $_{0.65}$ Na $_{0.35}$ Fe $_2$ As $_2$的有序磁矩指向$c$方向.在这些材料中的磁关联不能被认为是伊辛类,自旋轨道耦合必须包括在一个定量理论。
Measurements of the superconducting fluctuations in optimally-doped BaFe$_{2-x}$Ni$_x$As$_2$ under high magnetic fields: Probing the 3D anisotropic Ginzburg-Landau approach
通过对几种高质量优化掺杂的BaFe $_{2-x}$ Ni $_x$ As $_2$晶体的面内介导率的测量,研究了铁基超导体正常态内的超导涨落。这些测量是在振幅高达14 T的磁场中进行的,并且相对于晶体c轴具有不同的取向(0、53和90度)。结果允许严格检查的适用性最近提出的Ginzburg-Landau方法的波动电导率的三维各向异性材料中存在的有限施加磁场。
Phase diagram of doped BaFe$_2$As$_2$ superconductor under broken $C_4$ symmetry
我们开发了一个最小的多轨道紧束缚模型与现实的跳跃参数。该模型打破了四元点群的对称性,将其从$C_4$降低到$D_{2d}$,准确地描述了电子掺杂的BaFe $_{2-x}$ Co $_x$ As $_2$和空穴掺杂的Ba $_{1-y}$ K $_y$ Fe $_2$ As $_2$化合物的费米面演化。用平均场$t$ - $U$-$V$ Bogoliubov-de Gennes哈密顿量的相图的研究结果与实验观察到的只有一组$t$,$U$和$V$参数的电子和空穴掺杂相图一致。此外,自洽计算的超导序参数表现出$s^\pm$波配对对称性与一个小的d-波配对混合物在整个掺杂范围内,%超导$s^\pm + d$波序参数,这是微妙的结果,弱破缺对称性和竞争的相互作用,在多轨道平均场哈密顿。
Surface adatom conductance filtering in scanning tunneling spectroscopy of Co-doped BaFe2As2 iron pnictide superconductors
我们建立在从头算理论和实验相结合,在扫描隧道显微镜/光谱的A-122铁pnictide超导体的隧穿过程-在这种情况下BaFe $_{2-x}$ Co $_x$ As $_2$ -涉及一个强大的吸附原子过滤的微分电导从近EF Fe 3d状态,这反过来又源于最顶部的子表面Fe层的晶体。计算结果表明,表面Ba相关的隧穿途径的主导地位留下的指纹中发现的实验微分电导数据,包括大粒子空穴不对称性和能量依赖的对比度反转。
Transmittance and reflectance measurements at terahertz frequencies on a superconducting BaFe_{1.84}Co_{0.16}As_2 ultrathin film: an analysis of the optical gaps in the Co-doped BaFe_2As_2 pnictide
本文报道了40 nm的BaFe $_{1.84}$ Co $_{0.16}$ As $_2$超导薄膜在太赫兹波段的光学研究,超导转变温度T $_c$ = 17.5 K.结合反射率和透射率测量的详细分析表明,超导系统的光学性质可以用两带,两个间隙模型来描述。大间隙$Δ_B$的零温度值似乎遵循BCS类行为,结果为$Δ_B$(0)= 17 cm $^{-1}$。对于$Δ_A$(0)= 8 cm $^{-1}$的小间隙,不能清楚地建立温度依赖性。这些间隙值和文献中报道的BaFe $_{2-x}$ Co $_{x}$ As $_2$系统通过使用红外光谱,当放在一起作为T $_c$的函数时,显示出沿着两条主曲线聚集的趋势,提供了测量的光学间隙的统一观点。温度低于20 K时,禁带宽度与T_PDMATHABMP的关系呈现BCS型线性关系,但斜率不同。在此温度以上,两个间隙显示出不同的超线性行为。
In-plane magnetic field effect on the neutron spin resonance in optimally doped FeSe$_{0.4}$Te$_{0.6}$ and BaFe$_{1.9}$Ni$_{0.1}$As$_{2}$ superconductors
用非弹性中子散射研究了面内磁场对最佳掺杂超导体FeSe $_{0.4}$ Te $_{0.6}$($T_c=14$ K)和BaFe $_{1.9}$ Ni $_{0.1}$ As $_{2}$($T_c=20$ K)的磁共振的影响.虽然高达14.5特斯拉的磁场不改变共振的能量,但它部分地抑制了$T_c$和相应的超导诱导的强度增益的模式。然而,我们没有发现直接的证据,场诱导自旋1塞曼分裂的共振。因此,仍然不清楚共振是否是长期寻求的直接耦合到超导电子库珀对的单重态-三重态激发。
Electronic structures of doped BaFe$_2$As$_2$ materials: virtual crystal approximation versus super-cell approach
采用虚晶近似和超原胞方法对BaFe $_2$ As $_2$材料的电子结构进行了第一性原理模拟研究。这两种方法在空穴掺杂(Ba位K掺杂)和As位等电子P掺杂的情况下产生相似的态密度和能带结构。但对于高掺杂浓度的电子掺杂体系,虚晶近似方法计算的电子结构与超原胞方法的计算结果存在偏差。另一方面,在通过虚晶近似实现的等电子Ru掺杂的情况下,观察到与超晶胞方法相比电子结构中的化学势的额外偏移,并且该偏移可以用于预测虚晶近似内的正确电子结构,如我们计算的费米表面所反映的。但对于较高的Ru掺杂浓度,由于虚晶近似计算的电子结构与超原胞理论计算的电子结构完全不同,化学势的简单移动不能起作用。
Nonequilibrium Quasiparticle Relaxation Dynamics in Single Crystals of Hole and Electron doped BaFe$_2$As$_2$
我们报告的非平衡准粒子动力学BaFe $_2$作为$_2$的空穴掺杂(Ba $_{1-x}$ K $_x$ Fe $_2$作为$_2$)和电子掺杂(BaFe $_{2-y}$ Co $_y$作为$_2$)的相图侧使用超快泵浦探测光谱。下面的$T_c$,在低的光注入准粒子密度进行测量的最佳和过掺杂的Ba $_{1-x}$ K $_x$ Fe $_2$作为$_2$样品揭示了两个不同的弛豫过程:一个快速的组件,其衰减率随激发密度线性增加和一个缓慢的组件与激发密度无关的衰减率。我们认为这两个过程反映了两个空穴带中准粒子通过带内和带间过程的复合。我们还发现,在这些样品中的准粒子的热复合率增加与温度的平方。衰变的温度和激发密度的依赖性表明完全带隙的空穴带和节点或非常各向异性的电子带。在较高的激发密度和较低的空穴掺杂,准粒子密度的动力学的依赖性消失,因为数据更容易理解的模型,该模型占样品达到的准平衡温度。在BaFe $_{2-y}$ Co $_y$ As $_2$样品中,在低掺杂下复合速率对准粒子密度的依赖性(即,$y=0.12$)在内空穴带浸没时受到抑制,准粒子弛豫以缓慢的、与密度无关的方式发生。
Here, we report the successful synthesis of electron- (Ni) and hole- (K) doped bulk BaFe2As2 compounds by means of mechanical alloying (MA) process. The MA technique allows one to obtain amorphous phase BaFe2As2 with a homogeneous distribution of doping atoms at room temperature without continuous heating. We found the optimum time for high-energy milling is in the range between 1-1.5 hours. Using pre-synthesised FeAs and NiAs precursors, we successfully obtained BaFe2-xNixAs2 and Ba1-xKxFe2As2 superconducting bulk samples after short-range heat treatment. This method can be easily scaled acco…
Effect of doping on the magnetostructural ordered phase of iron arsenides: A comparative study of the resistivity anisotropy in the doped BaFe$_2$As$_2$ with doping into three different sites
为了揭示掺杂在铁基超导体中的作用,我们研究了BaFe $_2$ As $_2$在三个不同晶格位置中的任意一个上掺杂的面内电阻率,Ba(Fe $_{1-x}$ Co $_x$)$_2$ As $_2$,BaFe $_2$(As $_{1-x}$ P $_x$)$_2$和Ba $_{1-x}$ K $_x$ Fe $_2$ As $_2$,重点研究了低温反铁磁/斜方晶(AFO)相的掺杂效应。已知高温顺磁/四磁(PT)相中掺杂的主要作用是通过提供载流子或通过施加化学压力来改变费米表面。在AFO阶段,我们发现了一个明确的剩余电阻率和电阻率各向异性的大小之间的相关性。这表明电阻率各向异性源于掺杂原子的各向异性杂质散射。剩余电阻率的大小也是控制AFO有序化温度$T_s$抑制率的参数。因此,AFO相中掺杂的主要作用是向体系引入无序,这与PT相中的无序不同。
Anisotropic Superconducting Properties of Optimally Doped BaFe$_2$(As$_{0.65}$P$_{0.35}$)$_2$ under Pressure
在不同晶轴方向施加磁场的情况下,对BaFe $_2$(As $_{1-x}$ P $_{x}$)$_2$($x\approx0.35$)的最佳掺杂单晶进行了压力下的磁性测量,从而跟踪了相干长度和各向异性因子的压力演化。尽管超导临界温度降低,我们的研究表明,压力下的超导性能变得更加各向异性。通过适当的缩放,我们直接将这些性质与BaFe $_2$(As $_{1-x}$ P $_{x}$)$_2$作为磷含量的函数获得的值进行比较。
Study of the hyperfine fields in the BaFe$_2$As$_2$ family and its relation to the magnetic moment
利用完全相对论Dirac方法研究了BaFe $_2$ As $_2$族的超精细场$B_\text{hf}$和磁性.该研究涵盖电子掺杂的Ba(Fe $_{1-x}$ Co $_x$)$_2$ As $_2$和Ba(Fe $_{1-x}$ Ni $_x$)$_2$ As $_2$、空穴掺杂的(Ba $_{1-x}$ K $_x$)Fe $_2$ As $_2$以及同位素掺杂的Ba(Fe $_{1-x}$ Ru $_x$)$_2$ As $_2$和BaFe $_2$(As $_{1-x}$ P $_x$)$_2$,用于宽范围的浓度$x$。对于取代的化合物的超精细场表现出非常强的依赖于掺杂剂的类型和它的浓度$x$。相对论的贡献被发现有一个显着更强的影响,为铁pnictides相比,散装铁。作为一个重要的发现,我们表明,这是不明智的,涉及到的超精细场$B_\text{hf}$的平均磁矩$μ$的化合物,因为它是在早期的文献。
Local Magnetic Inhomogeneities in Lightly Doped BaFe$_2$As$_2$
我们报告$^{75}$ As NMR测量BaFe $_2$ As $_2$掺杂Ni。像Co一样,Ni掺杂抑制反铁磁和结构相变,并且对于足够大的Ni掺杂产生超导性。自旋晶格弛豫速率在$T_N$处发散,具有与局部矩的3D排序一致的临界指数。在有序状态下,光谱随着掺杂而迅速不均匀地加宽。我们提取的有序矩的平均大小作为掺杂的函数,并表明,在该模型中,该命令保持相称,但在掺杂剂附近的局部振幅变化充分解释了我们的观察。