122 ヒ化鉄

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の一部です。これらは、正方晶I4/mmm、ThCr ₂ Si ₂型の結晶構造を形成します。略称「122」は、その化学量論に由来しています。122 は化学式 AEFe ₂ Pn _{2 を}持ちます。ここで、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) です。^{[1] [2] [3]}これらの材料は、圧力下およびドーピングによって超伝導になります。^{[4] [5] [6] [7]}現在までに発見された最高の超伝導転移温度は、Ba _0.6 K _0.4 Fe ₂ As ₂の 38 K です。^[8] 122 の超伝導の微視的説明はまだ明らかではありません。^[9]

銅酸化物材料における高温（高 T _c）超伝導の発見以来、科学者たちはその出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（接着剤が電子的である、つまり、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）のペアリング接着剤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拡大しました。 ^{[11] [12]} 122はオキシニクタイドと同じ鉄ヒ素面を含むが、大きな単結晶の形で合成するのがはるかに容易である。

122s で超伝導が達成された方法は 2 つあります。1 つは、ドーピングされていない親化合物に圧力をかける方法です。^{[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す。ドーピング方式には 2 つあります。1 つ目のドーピングは、バリウムまたはストロンチウムの各種にホールを導入するものです。ホール ドーピングとは、あるイオンを電子の少ない別のイオンに置き換えることです。Ba ²⁺または Sr ²⁺イオンの 40% を K ⁺に置き換えると、38 K という高い超伝導転移温度が報告されています。^[8] 2 つ目のドーピング方法は、鉄をコバルトに置き換えて鉄ヒ素層を直接ドーピングすることです。この場合、約 20 K までの超伝導転移温度が観測されています。^[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用いて容易に合成できる。^[14]これらの材料の挙動は、超伝導が反強磁性と共存するという点で興味深い。^[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行われている。

122 の重要な特性の 1 つは合成の容易さです。フラックス法を使用すると、最大で約 5×5×0.5 mm の大きな単結晶を成長させることができます。^[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します。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ます。最初の方法ではスズを使用し、^[14] 2 番目の方法では 2 元金属化合物 FeAs (ヒ化鉄) を使用します。^[21]

122sはI4/mmm正方晶構造を形成する。例えば、室温でのSrFe ₂ As _{2の正方晶単位格子の格子定数はa = b = 3.9243Å、c = 12.3644Åである。} ^{[19]平面形状は、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 T ₀未満でFmmm斜方晶構造への一次構造相転移を起こす。 ^{[3] [15]} CaFe ₂ As _{2の NMR 実験}^[16]では、同じ温度で一次反強磁性磁気相転移が起こることが示されている。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]

122sでは、 Ba1 ₋ xKxFe2As2 （x≈0.4）において、電流最大値Tcが38Kに達するまで超伝導が観測されている。[ _{19 ]}抵抗_率^と_磁化率の測定により、観測された超伝導転移のバルク特性が確認されている。[ ^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]

鉄ヒ素に加えて、122 結晶構造は他の物質系でも重要な役割を果たします。重い電子の分野で有名な例としては、 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 (これも重い電子超伝導体ですが、17.5 K 未満のいわゆる「隠れた秩序相」のため、現在活発に研究されています)、^[25] 、およびYbRh ₂ Si ₂ (量子臨界の代表的な例の 1 つ) の 3 つです。^[26]