进化的磁性铁基超导体Eu-doped咖啡馆2作为2
k . Shrestha
l z邓2,- 1西德克萨斯A&M大学化学和物理学系,峡谷,TX,美国
- 2德州超导和物理系中心,休斯顿大学,休斯顿,美国TX
- 3物理系,德克萨斯大学达拉斯,理查森,TX,美国
- 4劳伦斯伯克利国家实验室,加州大学伯克利分校、钙、美国
这项工作提出了磁性的欧盟的进化xCa1−x菲2作为2(0≤x≤1,ECFA)样本。与电阻率数据,磁化率χ(T)不显示任何明确证据的自旋密度波(SDW)过渡。当Curie-Weiss贡献中减去,弱异常出现在温度接近SDW转变温度(TSDW从电阻率数据)决定。了解磁订单因Fe-moments和欧盟2 +旋转命令,我们已经研究了掺杂的依赖关系TSDW和欧盟2 +反铁磁性的顺序TN。它是发现,TSDW增加几乎呈线性增加x和仍然几乎不变x0.4∼,而TN第一次出现在x0.4∼几乎线性变化进一步增加x。这些观察表明,磁订单由于两个质子相互耦合。下面是讨论的结果有助于理解ECFA的磁性和其他铁基超导体。
介绍
铁基超导体(ibs)一直担任平台探索新颖的实验工具和理论方法,因为他们发现,尤其是在研究量子临界磁场波动的影响,(陈et al ., 2008 a;许et al ., 2008;Kamihara et al ., 2008;王et al ., 2012;邓et al ., 2014;Lei et al ., 2016;Komedera et al ., 2018;邓et al ., 2021;费尔南德斯et al ., 2022)。Fe-magnetic时刻表现为一个自旋密度波(SDW),一般来说,超导SDW订单时出现抑制通过适当的化学掺杂或施加外部压力(陈et al ., 2008 b;无赖et al ., 2008;高桥et al ., 2008)。薄膜FeSe /停止增长了分子束外延(MBE) interface-enhanced超导与展出Tc以上40 K (王et al ., 2012;邓et al ., 2014)。最近,一个Tc38 K是保留在FeSe单晶在环境压力通过pressure-quenching (邓et al ., 2021)。缺陷也被报道中扮演重要角色的超导ibs (邓et al ., 2016)。
咖啡馆2作为2(Ca122)和EuFe2作为2(Eu122)是两个“122”IBS家族成员((AE)铁2作为2(AE= Ca,英航、Sr和欧盟)和显示SDW转换TSDW分别∼165 K和190 K (公园et al ., 2008;Torikachvili et al ., 2008;李et al ., 2009)。SDW过渡,它表现为一个电阻率大幅上升的数据(公园et al ., 2008;李et al ., 2009;Lv et al ., 2011;Shrestha et al ., 2020)、材料进行结构(从正方斜方晶系的阶段)和磁相同时(Fe-moments反铁磁性的排序)转换。在Ca122,存在一个额外的100 K附近结构过渡到“collapsed-tetragonal”(cT)阶段在适度的压力下0.4∼GPa在超导转变发生。然而,在真正的静水压力,没有观察到超导Ca122 (Yu et al ., 2009)。一个更高的Tc到49 K在这个系统实现化学掺杂(Lv et al ., 2011与稀土元素)。我们组最近报道(赵et al ., 2016)TcCa122可以筹集高达25 K使用适当的退火过程。另一个122磅,Eu122,除了高温SDW过渡,展示附近的异常TN由于欧盟∼20 K2 +反铁磁性的订单(AFM) (任et al ., 2008)。它不显示任何签名的超导环境条件,但它可以变成了一个超导体(与K(通过化学掺杂Jeevan et al ., 2008)(Tc与Na∼32 K), (Qi et al ., 2008)(Tc∼35 K),通过公司或替换(他et al ., 2010年;应et al ., 2010;Zhang et al ., 2012)等。]或由应用程序的外部高压(遗体et al .,分别2009;Kurita et al ., 2011)。
在这里,我们探讨的进化的电传输和磁性Eu-doped Ca122[欧盟xCa1−x菲2作为2(0≤x≤1,ECFA)]。我们最近报道(Shrestha et al ., 2020)详细的电传输ECFA环境和在高压下的性质。在这里,我们专注于各种Eu-doping其磁特性如何演变。我们观察到,与电阻率的测量,磁化率的数据没有显示可见SDW转型所引起的异常。我们发现附近的一个微小的异常SDW过渡似乎只有在减去Curie-Weiss (CW)欧盟的贡献+ 2的时刻。
实验的细节
大型的、高质量的单晶使用有限元分析通量的ECFA种植技术。起始原料是放置在一个密封的氧化铝坩埚内小石英管下减少基于“增大化现实”技术的氛围。小石英管随后被密封在一个较大的石英管真空。大会第一次加热温度为1100°C,然后慢慢冷却的速度2°C / h。提供的样品制备和初步描述细节在我们以前的报告(Shrestha et al ., 2020)。电子传输测量进行了物理性质测量系统(项目组合管理系统,量子设计)。闪亮的水晶被选中和四个白金电线连接到其平面使用银漆。磁测量从室温到2 K进行了使用磁性测量系统(mpm,量子设计)。弹性板样本放置在明胶胶囊,随后被附加到一个塑料吸管。一个小应用0.1 T的磁场值沿c-axis诱导样品磁矩。
结果与讨论
图1显示了与温度有关的电阻Ca122 Eu122。电阻是室温值归一化。每个样本都显示了明显好转异常接近TSDW∼160 K (Ca122)或190 K (Eu122)出现由于SDW过渡,虚线箭头表示的。这些TSDW值与之前报道的数据是一致的(公园et al ., 2008;Torikachvili et al ., 2008;李et al ., 2009;Lv et al ., 2011)。此外,附近有一个小变态TN∼19 K Eu122结果(实心箭头所示),可以更清晰地观察到放大视图上插图所示图1。这种异常现象出现是因为欧盟的AFM顺序2 +自旋的时刻(Shrestha et al ., 2020)。Ca122,附近有一个小的电阻值下降10 K,由星号表示更清晰可见在放大视图下面的插图所示图1。在应用程序的外部压力下,Ca122进入超导状态转变温度Tc∼10 K (公园et al ., 2008;Torikachvili et al ., 2008;李et al ., 2009)。因此,这个小电阻下降可能是由于超导转变的开始。
图1。电阻。规范化的电阻与温度Ca122和Eu122。两个样本显示一个明确的异常,在160 K和190 K附近Ca122 Eu122,分别由虚线箭头表示,出现由于SDW过渡。Eu122 19 K附近的微小的扭结,实心箭头表示,是由于欧盟2 +AFM秩序。附近的一个小的电阻下降Ca122 10 K,用星号,可能由于超导转变(文本)。上面的插图:欧盟的放大视图2 +AFM在Eu122过渡。插图:低的放大视图Ca122低温电阻下降。
图2显示了与温度有关的磁化率(χECFA的欧盟掺杂与不同数量的样品(x)。χ(T)逐渐增加与减少温度和展品附近的一个明显的异常TN∼10 - 19 K,如箭头所示。由于欧盟出现这种转变2 +AFM订单(任et al ., 2008;Zhang et al ., 2012;Maiwald Gegenwart, 2017)。TN是著名的在更高x,它的变化对低温度较低x。为x= 1,TN∼19 K,这是与之前报道的一致TN值(任et al ., 2008;Zhang et al ., 2012;Maiwald Gegenwart, 2017)。我们最近严格的电子传输和磁性研究Shrestha et al ., 2020)表明,TN线性变化x。在这里,对温度的依赖关系χ(T所描述的)可以Curie-Weiss (CW)法律情商。如插图所示图2为x= 1样本。连续波法(阿什克罗夫特,梅尔曼,1976;Kittel 2006)表示为
图2。磁化率。磁化率(χ)vs。TECFA样品与不同数量的欧盟兴奋剂(≤0.14x≤1。χ(T)的增加逐渐降低温度。低温异常,TN由于欧盟∼10 - 19 K,出现2 +AFM秩序,如箭头所示。插图:χ为EuFe (T)数据2作为2(x= 1)。固体黑色曲线使用Curie-Weiss最佳曲线模型情商。。的x设在是更好的能见度在对数刻度TN。
在哪里C和θ分别韦斯Curie-Weiss常数和温度。在这里,C成正比的有效磁矩(μeff)的样本。因此,通过拟合与温度有关的χ(T)的数据,我们可以估计μeff和θECFA的样本。
图3 a - c显示的是1 /χ(T)情节选择ECFA样本。1 /χ(T)在高温下线性变化,但异常对应于欧盟2 +AFM秩序发生在低温下,如箭头所示。实线代表了最佳使用连续波法情商。。见图3 a - c,与温度有关的磁化率数据可以用连续波法来解释。重要的是要注意,没有明确的证据SDW过渡的ECFA样本(无论是在学习图2也不是在图3 a - c)由于Fe-moments敏感数据。在先前的研究(任et al ., 2008;江et al ., 2009),同样的问题无法观察清楚SDW过渡磁化的数据报道,但也可能是观察后减去欧盟连续波的贡献2 +的时刻。因此,我们遵循了同样的方法,计算Δχ(T欧盟)减去连续波的贡献2 +的时刻。所示的insets图3 a - c,有一个小但区分异常TSDW∼165 - 185 K。这些TSDW价值观是紧密的协议与之前报道的基于电阻率和磁化测量(江et al ., 2009;Harnagea et al ., 2018;Tran et al ., 2018;Shrestha et al ., 2020)。我们随后确定TSDW为各种ECFA样品和策划作为欧盟掺杂的函数。所示图3 d,TSDW(x)最初增加迅速增加x,逐渐增加而进一步增加x以上x0.4∼,然后浸透到190 K的价值。在介绍中提到的,ECFA作为一个特殊的平台,有两个磁订单,一个来自Fe-moments (SDW顺序),另一个由于欧盟2 +旋转(AFM)秩序。确认这些订单之间的交互,我们也绘制TNvs。x在右边y设在的图3 d。见图3 d,减少x,TSDW保持几乎不变,直到欧盟2 +时刻秩序被摧毁x0.4∼。这表明两个质子耦合的磁订单。
图3。Curie-Weiss健康。逆易感性,1 /χ,vs。T对ECFA样本(一)x= 0.31,(B)x= 0.65,(C)x= 0.92.1 /χ线性增长T,符合Curie-Weiss行为。由于欧盟箭头显示了AFM2 +旋转。实线是最佳的线路使用Curie-Weiss法律情商。。的insets(一)——(C)显示相应的Δχvs。T图显示了TSDW转换,如箭头所示。(D)TSDW(实心球体)TN(实心方块)vs。x对ECFA样本。开放的正直和倒三角形TSDW从参考文献数据(Shrestha et al ., 2020)。和(Harnagea et al ., 2018),分别。TSDW增加迅速增加x然后慢慢浸透TSDW∼190 K以上x0.4∼。误差是作为过渡的半宽度。固体垂直条纹和曲线的指南。TN第一次出现在x0.4∼,进一步增加几乎呈线性增加x,如虚线所示。
从上面的CW-fitting,我们获得最佳参数C= (7.94±0.001)emu K /摩尔θ= (19.36±0.13)Kx= 0.92。从C获得的价值,我们估计欧盟的有效磁矩2 +,μeff= (7.97±0.10)μB。这些值与之前报道(江et al ., 2009;Harnagea et al ., 2018;Tran et al ., 2018)类似Eu-doping水平。积极的θ值意味着欧盟铁磁相互作用(FM)2 +的时刻。共振光散射(Herrero-Martin et al ., 2009)和中子衍射数据(肖et al ., 2009;肖et al ., 2010)也表明,欧盟2 +同一个平面上旋转调频交互,而他们有弱AFM耦合整个平面。为各种ECFA Eu-doping-dependent最佳参数计算样品和介绍图4。
图4。维斯温度、居里常数和有效的时刻。最优参数(一)θ(K)和(B)C欧盟掺杂绘制的函数(x)。这两个θ和C与欧盟近线性掺杂不同,由虚线所示。(C)μeff每欧盟2 +欧盟离子在不同的内容。虽然C增加线性增加x,μeff每欧盟2 +离子没有显示一个明确的依赖x∼8 - 10之间,它的价值变化μB)。
图4一显示了最佳参数的变化θ与x。为x= 0.31,θ= (4.68±0.23)K,进一步增加几乎呈线性增加欧盟的兴奋剂。在x= 1,θ= (19.71±0.19)。这θ价值相当的20.3 K的报道Harnagea et al。(2018)和19.7 K的报道江泽民et al。(2009)。同样,Eu-doping-dependent最适合的C所示图4 b和几乎线性的依赖x。图4 c显示μeff每欧盟2 +欧盟的离子在不同的内容和显示,虽然C线性增长x,μeff每欧盟2 +离子不表现出任何明确Eu-doping依赖。其值改变∼8 - 10之间μB。
研究了掺杂影响122 ibs广泛使用稀土金属(再保险= La,公关,Nd等)(Qi et al ., 2008;高et al ., 2011;Lv et al ., 2011;萨哈et al ., 2012;应et al ., 2012)和碱金属(一个钾、钠=)(无赖et al ., 2008;Sasmal et al ., 2008;赵et al ., 2010)。替换一个二阶AE2 +离子和三价再保险3 +(或单价的一个+)122磅作为电子掺杂(或空穴掺杂)和曲调电子系统的属性。在这两种情况下(电子和空穴掺杂),SDW秩序逐渐压制,超导相一直稳定在122系统最大Tc49岁的K(电子掺杂)(高et al ., 2011;Qi et al ., 2012;萨哈et al ., 2012;应et al ., 2012掺杂)和38 K(洞)(无赖et al ., 2008;Sasmal et al ., 2008;赵et al ., 2010)。122年RE-doped超导相(或一个再版122磅)产生的抑制SDW顺序通过化学压力,电子(或孔)掺杂,或两者的结合(萨哈et al ., 2012)。然而,等价的替换的Ca2 +与欧盟2 +不添加任何电荷载体系统中抑制SDW秩序。因此,没有观察到ECFA超导样品。尽管如此,ECFA提供了一个独特的平台为研究磁订单因欧盟2 +和菲2 +格。的兴奋剂依赖TSDW和TN,见图3 d表明,存在一个弱耦合有限元分析的SDW顺序和欧盟之间的关系2 +本地化的时刻。这个结果是一致的与核磁共振(Guguchia et al ., 2011)、中子衍射(肖et al ., 2009)和arp (周et al ., 2010对Eu122)的研究。
总结
磁性的欧盟xCa1−x菲2作为2(0≤x≤1,ECFA)样品。电阻率数据显示明显异常由于SDW和欧盟2 +AFM转换。磁化率(χECFA的展品1 /样品T行为,这可以使用Curie-Weiss解释法律。的χ欧盟(T)数据提供的证据2 +AFM秩序但不显示,由于Fe-moments SDW过渡。附近的一个弱过渡TSDW只出现在欧盟的Curie-Weiss贡献的减法2 +的时刻。随着欧盟掺杂,TSDW最初增加迅速x0.4∼,然后逐渐浸透到190 K值x= 1。Curie-Weiss法律的最佳参数,居里常数(C),Weiss-temperature (θ),增加线性增加欧盟掺杂,而有效的磁矩,μeff,每欧盟2+离子仍然几乎不变。我们的研究结果提供了详细的信息关于磁性进化的Eu-doped Ca122系统,这将最终帮助理解超导ECFA。
数据可用性声明
原始数据支持了本文的结论将由作者提供,没有过度的预订。
作者的贡献
提单合成高质量的样本Eu-doped咖啡馆2作为2。KS和LD进行测量。KS分析实验数据并写的手稿。CC监督这个项目。
资金
在西德克萨斯A&M大学进行的研究是Killgore教师支持的研究项目和韦尔奇基金会(批准号ae - 0025)。休斯顿大学工作的部分支持由美国空军科学研究办公室授予fa9550 - 15 - 1 - 0236和fa9550 - 20 - 1 - 0068 t·l·l·庙基金会,约翰·j .和丽贝卡·摩尔养老,德克萨斯州的德州休斯顿大学超导中心。提单承认金融支持美国空军科学研究办公室授予fa9550 - 19 - 1 - 0037。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
出版商的注意
本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。
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关键词:铁基超导体,自旋密度波,反铁磁性的秩序,Curie-Weiss法,磁susceptability
引用:Shrestha K,邓LZ, Lv B和楚连续波(2022)进化的磁性铁基超导体Eu-doped咖啡馆2作为2。前面。电子。板牙。2:1044620。doi: 10.3389 / femat.2022.1044620
收到:2022年9月14日;接受:2022年11月23日;
发表:2022年12月13日。
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