Синтез, строение и свойства сверхпроводников на основе арсенидов и селенидов железа с щелочными металлами (1105742), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Атомы Rb отображаются ввиде темных точек в центрах квадратов. Атомы Fe представлены как едва видимые серыеточки между рядами ярких пятен.С увеличением толщины образца контраст может изменяться вследствие присутствия областей с упорядочением вакансий железа или щелочного металла в объемекристалла. Для сверхпроводящего образца на микрофотографиях наблюдается два варианта контраста, которые соответствуют электронограммам с двумя различными наборамидополнительных отражений. Симуляция изображения проводилась с использованиемпредложенной модели сверхструктуры III, пр.
гр. Ammm, параметры ячейки aIII = bIII ≈ 5.5128Å, cIII ≈ 14.5 Å с полной заселенностью позиций Fe и Se и с заселенностью Rb, равной 0.3в позициях 2a и 1 в позициях 2c. Структурная модель представлена на рис. 82, C. В направлении [010] изображение представляет собой сложный набор пятен различнойяркости, сгрупированных в кластеры, отходящие друг от друга на расстояние 0.7 нм в направлении оси c и 0.55 нм в направлении оси b.Рис. 86.
Микрофотографии высокого разрешения образца RFS1. Симуляция изображения в направлении[310] основана на модели Rb2Fe4Se5, пр.гр. I4/m, параметры ячейки aI = bI ≈ 8.7 Å, cI ≈ 14.5 Å, толщина образца 6 нм, дефокус -30 нм. Симуляция изображения в направлениях [100] и [010] основана на моделисверхструктуры III, пр. гр. Ammm, параметры ячейки aIII = bIII ≈ 5.5 Å, cIII ≈ 14.5 Å, толщина образца 13.2 нми 6.6 нм, дефокус -65 нм и -20 нм соответственноДля заданных в симуляции значений толщины образца и дефокуса наиболее яркиепятна отображают пространство между атомами Rb в позициях 2a и 2c.
В направлении[100] микрофотография представлена как квазигексагональная сетка из ярких пятен, соответствующих атомам Rb в позициях 2c. Симулированное изображение хорошо совпадает сэкспериментально наблюдаемым, что подтверждает правильность предложенной модели.Таким образом, система Rb-Fe-Se показывает богатое разнообразие структурныхособенностей вследствие присущей образцам микронеоднородности. Сравнение сверхпроводящего и несверхпроводящего образцов показало, что чередование упорядоченныхи разупорядоченных областей на поверхности кристалла характерно для обоих типов образцов и потому не является предпосылкой сверхпроводимости.
Было показано, что всверхпроводящем образце реализуется более сложный набор сверхструктур. Кроме хорошо известной сверхструктуры типа √5×√5 (пр. гр. I4/m) было обнаружено два других типасверхструктур, характерных только для сверхпроводящего образца. Для несверхпроводящего образца наблюдается отличный вариант сверхструктуры, вызванный упорядочениемвакансий железа в плоскости ab. Кроме того, только для сверхпроводящего образца наблюдается моноклинное искажение, приводящее к пространственной группе I2/m. Это129искажение, вероятно, является характеристикой только сверхпроводящего образца и может быть вызвано внутренними напряжениями вследствие сосуществования несколькихродственных фаз в пределах одного монокристалла.
Внутреннее напряжение, выраженноев моноклинном искажении, может являться одним из главных факторов, необходимых дляпоявления сверхпроводимости в системе Rb-Fe-Se.Важно отметить, что часть наблюдаемых в сверхпроводящем образце сверхструктур,связанныхсупорядочениемвакансийжелеза,быларанеенайденавнесверхпроводящем образце Kx(Fe,Co)2-ySe2.
Тот факт, что схожая микроструктура в плоскости ab наблюдается как в сверхпроводящем, так и в несверхпроводящем образцах сразными щелочными металлами, может свидетельствовать о том, что структурное упорядочение не влияет значительно на появление сверхпроводимости. Таким образом, толькотри структурных критерия отличают сверхпроводящий образец: сжатие структуры в плоскости ab, ведущее к резкому увеличению отношения c/a, а также моноклинное искажениеи упорядочение в подрешетке щелочного металла, найденные впервые в этой работе.4.12. Исследование электронного спектра сверхпроводящегоRbxFe2-ySe2 методом внутренней Андреевской спектроскопии намикротрещинеИсследования сверхпроводящих свойств RbxFe2-ySe2 (RFS1) проводились при помощи изучения I(V)- и dI/dV-характеристик, полученных на наноступеньках наповерхности криогенных сколов образцов этих соединений при Т = 4.2 K (техника "breakjunction").
Согласно теории Кюммеля, эффект многократных андреевских отражений вызывает появление избыточного тока на вольт-амперных характеристиках (ВАХ) SnSконтактов при малых смещениях, а также появление субгармонической щелевой структуры (СГС) на спектрах – серии минимумов динамической проводимости контакта присмещениях Vn = 2∆/en, где ∆ – величина сверхпроводящей щели, n – номер андреевскогорефлекса (для стопочного контакта V n = 2∆N/en, где N – число контактов в стопке). С увеличением порядкового номера n относительная амплитуда минимума понижается, аколичество наблюдаемых андреевских рефлексов зависит от соотношения длины свободного пробега квазичастиц и диаметра контактной области (для исследованных контактовn < 3).
В случае двухщелевого сверхпроводника должны наблюдаться две СГС, соответствующие каждой из щелей.На рис. 87 показаны ВАХ (тонкие линии) и их производные dI/dV (жирные линии)для одиночного (кривые синего цвета) и стопочного (N = 2, кривые темно-желтого цвета)контактов на микротрещине, полученных последовательной механической перестройкой.1302RbFe2Se2I(V)sample RFS1T C = 30.6 KI, mA; dI/dV, arb.un.1T = 4.2 K∆L= 7.7 ± 1.5 m eV∆S= 2.3 ± 0.4 m eVsingle contact0dI(V)/dVnS=12 contacts-1nL =1-2-30-20n L=2-10nL =2010n L=12030V norm , mVРис. 87.
Вольтамперные характеристики и динамическая проводимость одиночного SnS-контакта (линиитемно-желтого цвета) и стопки из 2 SnS-контактов (линии синего цвета; I(V) и dI/dV нормированы на одноконтактныехарактеристики).Положенияминимумовсубгармоническойщелевойструктуры,соответствующие большой щели ∆L = 7.7 ± 1.5 мэВ, отмечены вертикальными серыми линиями (их ширинаотражает 15% погрешность) и значками nL ; для малой щели ∆S = 2.3 ± 0.4 мэВ – стрелками и значками nSИзбыточный ток на ВАХ при малых смещениях однозначно указывает на то, чтоконтакт находится в баллистическом андреевском режиме.
На спектре динамической проводимости одиночного контакта (линии синего цвета) присутствуют минимумы насмещениях VnL=1 ≈ 15.5 мВ, а также перегибы при VnL=2 ≈ 7.7 мВ, которые, в соответствиис формулой для СГС, определяют величину большой щели ∆L ≈ 7.7 мэВ. Также хорошовидна особенность на смещении VnS=1 ≈ 4.2 мВ, которую можно интерпретировать какпервый андреевский рефлекс от малой щели ∆L ≈ 2.2 мэВ. Несмотря на то что при перестройке изменились размер и сопротивление контакта (что соответствует изменению угланаклона ВАХ), после нормировки спектра стопочного контакта (т.е. при делении осисмещений на 2) положение минимумов СГС для обеих щелей не изменилось. Следовательно, наши результаты хорошо воспроизводятся (в пределах погрешностей), анаблюдаемые на спектрах особенности нельзя отнести к проявлениям размерных эффектов.
Средние значения большой и малой щелей составляют ∆L = 7.7 ± 1.5 meV,∆S = 2.3 ± 0.4 meV. Взяв для оценки величину объемной критической температурыTсbulk = 30.6 ± 1 K, полученную из измерений электросопротивления образца (по максимуму производной dR(T)/dT), можно вычислить характеристические отношения БКШ длякаждой из зон. Для большой щели 2∆L/kTсbulk ≈ 5.8 превышает БКШ предел слабой связи3.52, что, по всей вероятности, является следствием сильного электрон-бозонного взаимо-131действия в зонах с ∆L; для малой щели, напротив, 2∆S/kT Cbulk << 3.52, что говорит очии наведенной сверхпроводимости в этих зонах в широком интервале температур.4.13. Выявление зависимостей между особенностями структуры исверхпроводимостью в семействах 111 и 122Несмотря на то, что сверхпроводимость в каждой из исследованных в настоящейработе систем имеет свои особенности, наличие общего элемента кристаллическойструктуры – квазидвумерных слоев [FeX], X = As, Se обуславливает единый механизмформирования сверхпроводящего состояния в них, который, тем не менее, не может бытьописан в рамках классической БКШ-теории.
Изученные фазы можно разделить на 2класса: системы с объемной сверхпроводимостью, к которым относятся производные NaFeAs и KFe2As2, и системы с гранулярной природой сверхпроводимости, к которымотносятся AxFe2-ySe2. В таком свете сравнение структурных особенностей имеет смысл дляарсенидных фаз, тогда как селенидные системы требуют отдельного рассмотрения.KFe2As2 и NaFeAs кристаллизуются в разных структурных типах, однако ихкристаллическое строение сходно. Расстояния между соседними блоками [FeAs] в обоихслучаях составляют ~6.9 Å. Расположение слоев [FeAs] в NaFeAs имеет структурныймотив t-FeSe, тогда как в KFe2As2 проводящие слои сдвинуты друг относительно друга. Вслое зарядового резервуара фазы 122 содержат плоские сетки из атомов щелочногометалла,афазы111включаютболеекомпактныегофрированныеслои.Сверхпроводимость наблюдается здесь в довольно широкой области электронныхсостояний железа в диапазоне формальной С.О. Fe от +2 до +2.5 и имеет куполообразныйвид зависимости критической температуры от числа дырок, характерный дляжелезопниктидов.
Отметим, что для KFe2As2, в отличие от NaFeAs, не наблюдаетсясочетание сверхпроводящих и магнитных свойств. Это обуславливается значительнымизменением топологии поверхности Ферми, а именно формы электронных кармановвблизи точки М, приводящим к невозможности реализации сценария образования волнспиновой плотности, и как следствие, невозможности АФМ упорядочения. Замещениечасти K на Na не приводит к изменению электронного состояния железа, однако влияет наTc.
Такое влияние напрямую связано со структурными изменениями в элементарнойячейке. Замещение калия на натрий в межслоевом пространстве приводит к сжатиюэлементарной ячейки и искажению тетраэдрического мотива в проводящем слое, чтодолжно привести к увеличению перекрывания между орбиталями Fe и увеличениюстепени смешивания 3d орбиталей Fe с 3p орбиталями As, и как следствие, к уменьшениюTc. Другой частный случай представляет собой система NaFeAs.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
