减去多余的Fe原子的FeTe1−xSex系统修改后的相图外文翻译资料

减去多余的Fe原子的FeTe_1minus;xSe_x系统修改后的相图

原文作者：Chihen Dong,¹ Hangdong Wang,^{2, 3} Zujuan Li,² Jian Chen,² H. Q. Yuan,² and Minghu Fang²

单位：1.Department of Physics, Zhejiang University,

Hangzhou, Zhejiang 310027, China

2.Department of Physics, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China

3.Department of Physics, Hangzhou Normal University, Hangzhou, Zhejiang 310036, China

摘要：在晶体生长中，将其中存在且过剩的又不可避免的Fe原子通过在空气中退火的方法，部分除去。之后我们观察FeTe_1minus;xSe_x材料的晶体在低硒浓度下的超导电性。修订后的磁性和超导相图经由电阻率和磁化率测量得到FeTe_1minus;xSe_x系统。在0.05＜x＜0.20间的晶体中伴随着有序的反铁磁发现了体超导电性共存。这相图与K掺或Co掺杂的BaFe₂As₂以及SmFeAsO_1—xF_x铁材料系统的情况非常类似，这也许表明所有铁基系统有一个普适的相图，虽然在这些系统中母体化合物的反铁磁波矢存在显著的不同。

关键词：铁基化合物；退火；超导相图

在铁基材料中超导电性的发现引起了人们很大的兴趣在了解在铁基层状化合物中[1,2]的铁基磁性和超导电性的相互作用。到目前为止，报道了五种不同的结构类型的铁基化合物。即，1111型的ReOFeAs（Re=稀土）[3?-6],122型的AFe₂As₂(A=Ba,Sr,or Ca)[8,9],111型的BFeAs(B=碱金属)[10-12],11型的Fe(Te,Se,S)[13?-15]和32522型的Sr₃Sc₂O₅Fe₂As₂[17-19]。它们的磁性和超导相图定性类似于非常规的其他几个类超导体包括铜酸盐[20,21]，有机物[22,23]和重费米子超导体[24,25]。在所有情况下，在体最佳超导（SC）出现前反铁磁性（AFM）必须抑制，通过掺杂或压力。但是，到目前为止，它还被发现中Fe基体系中的细节的相图有一定的差异。对于氟掺杂的“1111”系统如LaFeAsO_1-xF_x[35]，AFM和SC相完全分离作为掺杂的函数不重合。在BaFe₂As₂，

无论是（Ba）[27,28]，过渡金属（Fe）[29,30]的碱土系统替代或氮族元素（As）[31]原子几乎普遍形成了相同的相图。这个相图是超导性出现在AFM被替代而抑制的结构相变和AFM序被破坏的临界浓度附近。目前，Fe_{1 yTe1minus;x}Se_x系统[32-34]获得的相图与1111和122型系统相图中自旋玻璃相出现在超导行为之前有些不同。Fe_{1 yTe1minus;x}Se_x 中长程有序的AFM相顺序在x=0.1样品中消失，体超导SC在x大于0.3至0.4 出现。

对于Fe_{1 yTe1minus;x}Se_x系统，还有一个比铁基材料（1111和122型）系统更重要的差异。铁材料系统的母体化合物是在共线的AMF的秩序下，其特点是平面费米面嵌套波矢量Qn=(prod;,prod;) [35-37](这里我们指的向量中的逆四方晶格参数单位波）。但是，Fe_{1 y}Te，Fe_{1 yTe1minus;x}Se_x超导体的母体化合物是在一个双共线的AFM磁序，其特征由一个平面波矢量Qm=(prod;,0) [38, 43],虽然掺铁的磷化物 [40?-42]和铁的硫化物[44]超导体表现出磁响应周围相同的波矢(prod;,0)于超导转变温度TC在自旋激发谱，符合国家出现的Splusmn;状态作为一个可能的候选配对状态的铁基超导体。因此，自然的会得出，由于有一个中间区域没有大部分超导附近的磁场的关系这是不利于超导电性，在相图中，远距离之间(prod;,0)磁阶段和SC阶段(prod;,prod;)核磁共振。然而，在Fe_{1 yTe1minus;x}Se_x系统，过量的Fe原子的使一个复杂的磁性存在[38]，而且可以提供磁拆对效应[45].事实上，Fe_{1 yTe1minus;x}Se_x系统上面讨论的相图可以包括过量的Fe原子的因素。在这里，我们通过在空气中退火消除了在晶体生长过程中不可避免的过量的Fe原子，另外，我们发现有着不过量的Fe原子的Fe_{1 yTe1minus;x}Se_x系统没有中间区域相图的。相反的，在(prod;,prod;)中的SC相和可以长期共存于(prod;,0)的磁共振在很宽的Se浓度范围内的磁有序排列。存在不过量的Fe原子的Fe_{1 yTe1minus;x}Se_x系统的相图和在掺杂BaFe₂As₂系统，以及在SmFeAsO_1-xF_x最近报道中[47] 有着惊人的相似，这表明AFM和SC相共存的可能是由于更多的内在属性的通用的铁基超导体相图。

我们选择晶体具有较低的生长（x = 0.1）和较高的（x = 0.4）Se浓度研究退火对SC和磁性的影响。图3(a)提出ab-plane规范化电阻对温度的依赖关系,R_ab(T)和直流磁化率，chi;(T),以30oe(‖c轴)和零场冷却过程(ZFC)FeTe_0.9Se_0.1晶体在增长,空气(A)中退火在不同温度下2小时,在真空(V)400 ^oc的7天,分别都先在空中,然后在真空(A V)。FeTe_0.9Se_0.1晶体在增长而且只在真空退火,所示图3(a)的插图,其电阻率和磁化率数据没有显示任何高于2 k的超导转变。但所有FeTe_0.9Se_0.1晶体在不同的温度、空气中退火和真空退火再在空中退火显示大部分SC 在9 k以下。我们发现超导体积比随着退火温度的增加而增加(见插图的图3(a)],即使是超导体积分数在300^oc的晶体在空气中退火大于空气中退火在270^oc,然后在真空,尽管后者有更高的TC和尖锐超导R_ab(T)的过渡。另一个,对应于一个AFM的过渡,在所有的R_ab(T)曲线晶体有一个扭结TN = 38 k左右。我们发现,在状态高于TN时空气中退火和真空几乎没有影响R_ab(T),结果轻微下降,TN(当42 k使晶体在增长的时候38k的晶体在空气中退火270^oc)。上面的Rab(T)以上TN显示所有晶体的半导体行为。

在空气中退火后的FeTe_0.9Se_0.1样品中的体超导SC和AFM秩序共存的结果和参考文献[33,34] 明显不符。为了考查在空气中退火对晶体成分的影响,我们使用EDXS测量在空气中270^oc退火前后的样品。我们发现在空气中退火的晶体铁浓度降低从1.02降低近1.00,但在退火前后并没有改变Te和Se的相对比率。虽然我们使用EDXS不能确定样品中精确的组成。退火效应的另一个证据是在空气中退火后样品中铁氧化物的存在(改变从黑色到红棕色), 相比之下,在晶体生长时真空退火处理不能除去多余的Fe原子。

总之, 在Fe_{1 yTe1minus;x}Se_x系统, 我们发现生长晶体过程中不可避免存在的多余的铁原子可以通过空气中退火的方法很容易地消除。体超导是低硒浓度样品在消除部分多余的铁原子后被观察到的。减少多余的铁原子的Fe_{1 yTe1minus;x}Se_x系统通过电阻率和磁化率测量获得了修改后的磁性和超导相图。发现大部分SC与AFM秩序共存的晶体为0.05 lt; x lt; 0.20,这非常类似于K掺杂或Co掺杂122型铁基系统,表明所有的铁基系统有类似的相图,虽然AFM波矢在这两个系统的的母体化合物的差异显著。

图2:（有颜色的线）相图显示了FeTe_1minus;xSe_x系统的x与AFM转变温度、TN和超导温度TC的函数

图2显示了在Fe_{1 yTe1minus;x}Se_x晶体于空气中270⁰C退火2小时后的电阻和敏感性数据基础上的x-T相图。其中x的值是一个名义上而且可能不完全正确的值。EDXS数据显示，Se的浓度值x与正常值大致相同，并且Fe在空气中退火的晶体浓度值比晶体生长或在真空中退火更接近于统一。TN值是由在dR(T)/dT 和d(T)/dT处都有最大值的温度决定的。TC值是由R(T)曲线超导转变的中间温度决定的。这相图清楚地表明了,有一个AFM阶段与体超导SC共存的(0.05 le;xle;0.18)的区域,尽管超导体积分数小于1而且对于(T)的超导转变并不尖锐,表明超导晶体中存在不均匀现象。只有接近最后,FeTe,与我们的原始论文报道[14]一样不显示体超导SC。我们的Fe原子不过量的FeTe_1minus;xSe_x相图是与K掺杂或Co掺杂的122铁基系统非常相似的，但对在文献[32-34]中报道的相同Fe_{1 yTe1minus;x}Se_x系统有很多不同。最惊讶的是,在波(prod;,prod;)周围的体超导SC具有磁响应并且与特点是一个平面波Qm =(prod;,0)的AFM秩序共存。我们在K 掺杂或Co掺杂122型系统以及在近日报道[47]中的SmFeAsO_1minus;xF_x(1111型）找到与FeTe_1minus;xSe_x系统相似的相图,表明AFM和SC相的共存可能是Fe基超导体的固有特性。

外文文献出处：Revised Phase Diagram for FeTe1minus;xSex system with less excess Fe atoms

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