122 鉄ヒ素

122型AEFe 2 Pn 2超伝導体の結晶構造、AE = アルカリ土類金属（Ca、Srなど）、Pn = ニクタイド（As、Pなど）[ 1 ]

122鉄ヒ素非従来型超伝導体は、鉄系超伝導体の新しいクラスに属します。これらは正方晶系I4/mmm、ThCr 2 Si 2型の結晶構造をとります。「122」という略称は、その化学量論に由来します。122系の化学式はAEFe 2 Pn 2で、AEはアルカリ土類金属（Ca、Ba、Sr、またはEu）、Pnはニクタイド（As、Pなど）を表します。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]これらの物質は、圧力下およびドーピングによって超伝導状態になります。[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]現在までに発見されている最高超伝導転移温度は、Ba 0.6 K 0.4 Fe 2 As 2で38 Kです。[ 8 ] 122系の超伝導の微視的説明はまだ明確ではありません。[ 9 ]

概要

銅酸化物材料における高温（高 T c）超伝導の発見以来、科学者たちはその発現の原因となる微視的メカニズムを解明するためにたゆまぬ努力を続けてきました。今日まで、これらの材料に見られる高温超伝導と非従来型（非 s 波）ペアリング状態を完全に説明できる理論はありません。[ 10 ]しかし、非従来型超伝導体のペアリング接着剤（接着剤が電子的である、すなわち、従来のBCS 理論のs 波超伝導の原因となる電子間のフォノン誘起相互作用に起因しないもの）を理解することに対する科学界の関心は、化学組成 XOFeAs（X = La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、または Dy）のドープされたオキシニクタイド（1111）超伝導体における高温超伝導（最高 T c = 55 K）の発見によって最近さらに高まっています。[ 11 ] [ 12 ] 122はオキシニクタイドと同じ鉄ヒ素面を含んでいますが、大きな単結晶の形で合成するのがはるかに簡単です。

122sでは2つの異なる方法で超伝導が達成された。1つは、ドーピングされていない親化合物に圧力を加える方法である。[ 5 ] [ 6 ] 2つ目は、他の元素（ドーパント）を非常に特定の比率で結晶構造に導入する方法である。ドーピング方式には2種類ある。1つ目は、バリウムまたはストロンチウムの異種元素に正孔を導入する方法である。正孔ドーピングとは、あるイオンを電子数の少ない別のイオンに置換することである。Ba 2+またはSr 2+イオンの40%をK +に置換すると、38 Kという高い超伝導転移温度が報告されている。[ 8 ] 2つ目のドーピング方法は、鉄をコバルトに置換することで鉄ヒ素層を直接ドーピングする方法である。この場合、約20 Kまでの超伝導転移温度が観測されている。[ 13 ]

オキシニクタイドとは異なり、122sの大型単結晶はフラックス法を使用して簡単に合成できます。[ 14 ]これらの材料の挙動は、超伝導が反強磁性と並行して存在する点で興味深いものです。[ 9 ]電気抵抗率、磁化率、比熱、[ 13 ] [ 15 ] NMR、[ 16 ] [17] [ 18 ]中性子散乱、 [ 2 ] [ 12 ] X線回折、メスバウアー分光法、[ 19 ]量子振動[ 20 ]など、さまざまな研究が、超伝導バージョンだけでなく、ドープされていない親化合物に対しても実行されました。

合成

122の重要な特性の一つは合成の容易さであり、フラックス法を用いることで最大5×5×0.5mm程度の大型単結晶を成長させることができる。[ 14 ]簡単に言えば、フラックス法では、化学反応の出発物質を溶解し、最終的に目的の化合物に結晶化できる溶媒を使用する。文献には2つの標準的な方法が記載されており、それぞれ異なるフラックスを使用している。最初の方法はスズを使用する[ 14 ]のに対し、2番目の方法は二元金属化合物FeAs（ヒ化鉄）を使用する[ 21 ] 。

構造および磁気相転移

122sはI4/mmm正方晶構造を形成する。例えば、SrFe 2 As 2の正方晶系単位格子は、室温では格子定数a = b = 3.9243Å、c = 12.3644Åである。[ 19 ]この平面構造は、Cu-O層が超伝導を支えていると考えられている銅酸化物高温超伝導体を彷彿とさせる。[ 22 ]

これらの物質は、化合物特有のある特性温度T0以下でFmmm斜方晶構造への一次構造相転移を起こす。 [ 3 ] [ 15 ] CaFe2As2のNMR実験[ 16 ]は、同じ温度で一次反強磁性磁気相転移があることを示している。対照的に、1111sでは反強磁性転移はより低い温度で起こる。[ 15 ]高温の磁気状態は常磁性であるのに対し、低温の状態はスピン密度波として知られる反強磁性状態である。[ 16 ]

超伝導

Ba1 − xKxFe2As2 （x≈0.4）では、122s相で超伝導が観測されており、その電流最大値Tcは38Kである。[ 19 ]抵抗率と磁化率の測定により、観測された超伝導転移がバルクの性質を持つことが確認されている。[ 19 ]超伝導の発現は、スピン密度波状態の消失と相関している。[ 9 ]

Ba1 − xKxFe2As2 （ x≈0.4 ）超伝導体のTcは38Kであり、逆鉄同位体効果を示している。[ 23 ]

122の構造を持つ他の化合物

鉄ヒ素化物に加えて、122結晶構造は他の物質系においても重要な役割を果たしている。重い電子系超伝導体分野では、 CeCu 2 Si 2（1978年に発見された「最初の非従来型超伝導体」）[ 24 ] 、 URu 2 Si 2 （これも重い電子系超伝導体であるが、17.5 K以下でいわゆる「隠れた秩序相」を示すことから、現在活発な研究が行われている）[ 25 ] 、 そしてYbRh 2 Si 2 （量子臨界状態の代表的な例の一つ） [ 26 ]が3つの有名な例として挙げられる。

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