分光学的手法を用いた鉄系超伝導体における超伝導メカニズムの解明

鉄系超伝導体では、母物質BaFe2As2のFeサイトにCoを置換すると反強磁性相が抑制され超伝導が発現する。しかし、同じ遷移金属元素であるCrやMnをFeサイトに置換すると、反強磁性相は抑制されるが、超伝導は発現しない。この置換遷移金属の違いが電子状態に与える影響を明らかにするために、Ba(Fe1-xTMx)2As2 (TM=Co, Cr, Mn)の単結晶を育成し、光学反射率を測定した。更にKramers-Kronig関係を用いて光学伝導度を求め、Drude-Lorentzモデルを用いた解析を行った。母物質BaFe2As2の低エネルギーの光学伝導度は幅の狭いコヒーレントなDrude成分と幅の広いインコヒーレントなDrude成分に分解できる。また、Co置換を行うと、コヒーレント成分が増加し、インコヒーレント成分はほとんど変わらないことが分かった。一方で、磁性不純物であるCr/Mn置換の場合は、置換量の増加とともに、コヒーレント成分が強く抑制されることが明らかになった。この結果は、磁性不純物であるMnとCrは非磁性不純物であるCoよりも非常に強い散乱体として働いていることを意味している。さらに、Cr/Mn置換した試料では、500cm-1付近に反強磁性転移温度以上から局在状態に由来するピーク構造が現れることを発見した。このピークのエネルギーは、置換量の増加とともに増大し、反強磁性ギャップのエネルギーとは反比例することが分かった。このピーク構造は、磁性不純物が伝導電子と相互作用し局所的な磁気秩序を形成することで現れた新奇な局在状態に由来すると解釈できる。これらの結果から、鉄系超伝導体において、磁性不純物であるCrやMnが伝導電子と相互作用する結果、コヒーレントな伝導成分が局在し、超伝導の発現が阻害されていると結論した。今回の研究結果に関して投稿論文を準備中である。

鉄系超伝導体では、母物質BaFe2As2のFeサイトにCoを置換すると反強磁性相が抑制され超伝導が発現する。しかし、同じ遷移金属元素であるCrやMnをFeサイトに置換すると、反強磁性相は抑制されるが、超伝導は発現しない。この置換遷移金属の違いが電子状態に与える影響を明らかにするために、Ba(Fe1-xTMx)2As2 (TM=Co, Cr, Mn)の単結晶を育成し、光学反射率を測定した。更にKramers-Kronig関係を用いて光学伝導度を求め、Drude-Lorentzモデルを用いた解析を行った。母物質BaFe2As2の低エネルギーの光学伝導度は幅の狭いコヒーレントなDrude成分と幅の広いインコヒーレントなDrude成分に分解できる。また、Co置換を行うと、コヒーレント成分が増加し、インコヒーレント成分はほとんど変わらないことが分かった。一方で、磁性不純物であるCr/Mn置換の場合は、置換量の増加とともに、コヒーレント成分が強く抑制されることが明らかになった。この結果は、磁性不純物であるMnとCrは非磁性不純物であるCoよりも非常に強い散乱体として働いていることを意味している。さらに、Cr/Mn置換した試料では、500cm-1付近に反強磁性転移温度以上から局在状態に由来するピーク構造が現れることを発見した。このピークのエネルギーは、置換量の増加とともに増大し、反強磁性ギャップのエネルギーとは反比例することが分かった。このピーク構造は、磁性不純物が伝導電子と相互作用し局所的な磁気秩序を形成することで現れた新奇な局在状態に由来すると解釈できる。これらの結果から、鉄系超伝導体において、磁性不純物であるCrやMnが伝導電子と相互作用する結果、コヒーレントな伝導成分が局在し、超伝導の発現が阻害されていると結論した。今回の研究結果に関して投稿論文を準備中である。