Синтез, строение и свойства сверхпроводников на основе арсенидов и селенидов железа с щелочными металлами (1105742), страница 21
Текст из файла (страница 21)
рис.59.(a)(c)Рис. 59. A - Карта пропорциональной спектральной плотности, позволяющая определить вид поверхностейФерми в двумерной зоне Бриллюэна, B,C - Вид ARPES спектров для NaFe1-xCoxAs (x = 0.057) вблизи Г и Mточек соответственноПри T = 1 K ведущая щель с ∆ = 3.3±0.3 мэВ располагается на дырочном кармане, аведомая щель с ∆ = 2.9±0.3 мэВ на электронном кармане. Величина характеристическогоотношения для ведущей щели ∆(0)/kB Tc была найдена равной 2.0(2), что однозначно указывает на слабое спаривание в этом сверхпроводнике. При варьировании энергиивозбуждения от 20 эВ до 39 эВ наблюдается практически изотропная сверхпроводимостьвдоль направлений k xy и kz в импульсном пространстве.
Эти наблюдения подтверждаютреализацию в NaFeAs сценария s± механизма спаривания, движущей силой которого являются спиновые флуктуации ближнего порядка, вызванные нестингом поверхностиФерми.На основании совокупности данных магнитных, транспортных измерений и измерений теплоемкости были построены T-x фазовые диаграммы для NaFe1-xTMxAs (TM = Co,Rh).
Они представлены на рис. 60. Для TM = Co полученные данные хорошо коррелируютс литературными [259, 369], для TM = Rh T-x зависимость получена нами впервые.9850χTSρTNCpTc503020TSρTNCpTc40T, KT, K40χAFM20AFMSC100,00300,020,04SC100,060,08x, Co0,000,020,040,06x, RhРис. 60. T-x фазовые диаграммы NaFe1-xTMxAs. A – TM = Co, B – TM = Rh. Черными маркерами обозначеныданные измерений магнитной восприимчивости, красными – транспортных свойств, синими – теплоемкостиОбласть существования СП состояния для образцов, допированных Rh и Co, имееттипичный для железопниктидов вид купола, с оптимумом вблизи x = 0.025 и максимальным значением Tc ~ 22 K.
В случае Rh подавление СП в передопированных образцахпроисходит при более высокой концентрации допанта, чем в случае Co. Так, для NaFe1xCoxAsс x = 0.057 Tc составляет 18.2 K, а для NaFe1-xRhxAs c x = 0.06 Tc равна 19.7 К.Важно отметить разницу в тенденциях изменения TN и T S для кобальт- и родий допированных образцов с x < xопт.
Внедрение ~1 ат.% Co в слой [FeAs] более эффективноподавляет структурный и магнитный фазовые переходы по сравнению c аналогичным количеством Rh. В литературе обсуждается роль dxz/dyz орбитального упорядочения вформировании обоих фазовых переходов в NaFeAs [363]. В таком случае более сильноеспин-орбитальное взаимодействие в Rh может приводить к уменьшению вклада орбиталей4d элемента по сравнению с вкладом 3d элементов (Fe и Co) при электронной реконструкции, сопровождающей структурный переход, что может служить объяснением болеевысоким значениям T N/TS в NaFe1-xRhxAs c x = 0.01.Интересно отметить схожесть областей существования СП состояния для исследуемых Na111 и подробно описанных в литературе Ba122 систем.
Несмотря на то, чтоструктура NaFeAs за счет меньшего объема элементарной ячейки могла бы быть болеечувствительна к замещениям, чем структура BaFe2As2, для малых концентраций допантаникаких различий не выявлено. Помимо одинакового максимального значения критической температуры (~21 К), для этих систем наблюдается одинаковая ширина купола, что99напрямую связано с близостью кристаллической и зонной структур этих классов железопниктидов, но купол Na111 смещен влево по сравнению с Ba122.30Рис.
61. Сравнение сверхпроводящих куполовNa111Ba122χρдопированных Co соединений семейств Ba122Cpи Na111T, K2010Na111Ba12200,000,050,100,15число доп. электронов на атом FeТакая схожесть зависимости Tc от степени допирования свидетельствует об одинаковом для обоих классов сверхпроводников s± механизме спаривания, что подтверждаетсянашими данными ARPES. Отметим, что для допированных кобальтом соединений 1111LnFe1-xCoxAsO (Ln = La, Sm) [376] достигается более низкая Tc (13 K для Ln = La и 17 Kдля Ln = Sm) при больших концентрациях допанта (~10 ат.%, что эквивалентно 0.1 электрона на атом Fe).4.6. Особенности низкотемпературного поведения монокристаллических образцов NaFe1-xTMxAs, TM = Cr, Mn, Ni, PdНаиболее общие закономерности влияния природы допанта на СП в NaFe1-xTMxAsбыли выявлены нами при изучении поликристаллических образцов.
Так, было показано,что внедрение в проводящий слой допантов с примесным потенциалом больше, чем у Fe(TM = Co, Ni, Rh, Pd), приводит к появлению на T-x фазовой диаграмме области существования тетрагональной СП фазы с оптимумом допирования ~0.02 дополнительныхэлектрона допанта на атом Fe. Замещение Fe на TM = Cr, Mn с примесным потенциаломниже, чем у Fe, приводит к быстрому подавлению СП.
Так, перехода в СП состояние ненаблюдалось в порошках уже при замещении 2 ат.% Fe на Mn или Cr. Тогда как при замещении Fe на элементы, стоящие правее его в ПСЭ, наблюдается сжатие элементарнойячейки вдоль c, то при замещении Fe на Mn и Cr расстояние между проводящими слоями,напротив, увеличивается.
Однако невозможность контроля распределения допанта без из100менения стехиометрии по Na в порошках приводит к необходимости учитывать возможные эффекты локализации допанта. Такие эффекты могут быть особенно значимы приизучении магнитных свойств соединений. Поэтому для исследования влияния природыдопанта кристаллы NaFe1-xTMxAs были выращены из равновесного расплава компонентов,т.к. такая техника роста позволяет получать образцы с близким к статистическому распределением Fe/TM.
Так, нами была получена серия монокристаллов NaFe1-xTMxAs, TM = Co,Ni, Rh, Pd, Ru, Cr, Mn с примерно одинаковой концентрацией допанта x ~ 0.02–0.03 в каждом случае, за исключением образца, содержащего Ru, в котором x не превышает 0.012 поданным РСМА и спектрометрии с индуктивно связанной плазмой.(a)NaFe 1-xTM xAsCr1,000CoRhRuCoNiRhPd604020N aFeAs0,999c/c0I, %801,001003002100(b)Mn0041200051,0020011400,998RuNiPdCr0,997Mn00,996102030402 θ, CuK α1+2506070 -0,06 -0,03 0,00 0,03Число доп. электроновна атом FeРис. 62.
A – Наборы 00l рефлексов от плоскости ab монокристаллов NaFe1-xTMxAs с TM = Co, Ni, Rh, Pd, Ru,Cr, Mn. В – Зависимость параметра c элементарной ячейки от типа допанта. Параметр с нормирован наc0 = 7.0521 ÅПолученные монокристаллы (пластинки до ~10×10×0.05 мм3) были охарактеризованы методами РСМА и рентгеновской дифракции. На рис. 62, A приведены наборы 00lрефлексов от плоскости ab. Было проведено индицирование пиков с учетом постоянногосдвига нуля и уточнение параметра c элементарной ячейки. На рис. 62, B приведена зависимость параметра с от числа дополнительных электронов, формально вносимыхдопантом в проводящий слой.
Описанные выше закономерности в изменении параметра c,наблюдаемые для поликристаллических образцов, количественно выполняются также идля полученных монокристаллов. Отдельного внимания заслуживает сжатие элементарной ячейки вдоль оси c, наблюдаемое при формально изоэлектронном замещении Fe на Ruв NaFeAs. Согласно экспериментальным данным, Tc соединения NaFe1-xRuxAs (x = 0.012)101равна критической температуре в NaFeAs, т.е. 10 К, однако значения TS и TN ниже, чем унедопированной фазы (TS = 43 К и TN = 23 К по данным магнитных и транспортных измерений по сравнению с 52 K и 41 K для NaFeAs соответственно), см.
рис. 63. Такимобразом, “химическое сжатие” без электронного допирования приводит к подавлениюмагнетизма в NaFeAs, однако для повышения Tc этого оказывается недостаточно.0,7FC0,0NaFeAs+Ni+Rh+Co+Pd+Ru0,6-0,24πχV0,40,3-0,6χ mol. 10-0,4-30,50,2-0,80,1-1,0(a)ZFC05(b)0,01015T (K)202530 0100200300T (K)Рис. 63. Кривые магнитной восприимчивости NaFeAs и NaFe1-xTMxAs, TM = Co, Ni, Rh, Pd, Ru; A – H = 20 Э,H//ab, охлаждение в режимах ZFC и FC. B – H = 1 T, H//ab, охлаждение без поля. Tc определялась как температура бифуркации FC и ZFC кривых.Описанная ситуация качественно аналогична наблюдаемой в 122 фазах при допировании их Ru. Отталкиваясь от проведенной в работе [195] аналогии между T–x фазовойдиаграммой, где x – содержание Ru, и T–p диаграммой, мы оценили “внутреннее давление”, создаваемое 1.2 ат.% Ru в структуре NaFeAs, используя зависимости Tc–p и c/c0–p,приведенные в работе [377]. Так, введение 1.2 ат.% Ru индуцирует в структуре “внутреннее давление” порядка 0.5 ГПа.На рис.
64 показаны кривые магнитной восприимчивости СП образцовNaFe1-xTMxAs в сильном и слабом магнитном поле. Критические температуры соединений, содержащих в качестве допанта изоэлектронные пары Co/Rh или Ni/Pd, близки (~21K и 16.5 K соответственно), в отличие от поликристаллических образцов. Тогда как в случае NaFe1-xTMxAs, TM = Co, Rh концентрация допанта x = 0.02 близка к оптимальномудопированию, образцы NaFe1-xTMxAs, TM = Ni, Pd с тем же x имеют вдвое большую кон-102центрацию электронов допанта в слое проводимости и являются передопированными,этому их Tc ниже.1.0NaFe 1-x TM x As0.5TM=Ni1.00.5TM=Pdρ/ρ3001.00.5TM=Co1.00.5TM=Rh1.0TN0.5TSTM=Ru0.0050100150200250T (K)Рис. 64. A – зависимость электросопротивления сверхпроводящих образцов NaFe1-xTMxAs от температуры,нормированная на ρ300Все образцы NaFe1-xTMxAs, TM = Co, Ni, Rh, Pd, Ru, демонстрируют металлический тип зависимости электросопротивления от температуры, и за исключениемNaFe1-xRuxAs, не имеют никаких особенностей на кривых сопротивления, кроме переходав СП состояние при низких температурах.
2 особенности на кривой сопротивленияNaFe1-xRuxAs при 43 К и 23 К связаны со структурным и магнитным переходами.Образцы NaFe1-xTMxAs с TM = Cr, Mn демонстрируют совершенно другой тип зависимостей намагниченности и сопротивления от температуры. Дальнего магнитногопорядка, в отличие от NaFeAs, в данных системах не наблюдается. Магнитнаявосприимчивость NaFe1-xMnxAs (x = 0.057) в поле H = 1 T составляет небольшуювеличину порядка 5·10-4 emu/моль и практически не зависит от температуры в интервале40–300 К.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
