鉄系超伝導体の常伝導状態に見られる反強磁性スピンゆらぎのSCR理論による解析

超伝導メカニズムを考える上で常伝導状態を理解することは重要です。鉄系超伝導において、その常伝導状態が遍歴電子系であるか局在電子系であるかについて盛んに議論されています。私たちは、遍歴磁性体モデルの妥当性を調べるために、BaFe2(As1-xPx)2 と Ba(Fe1-xCox)2As2におけるNMRおよび電気抵抗の実験結果に対して、Self-consistent renormalization (SCR)理論を用いた解析を行いました。その結果、比熱、磁化率から決めたスピン揺らぎパラメータを用いてNMR緩和率、電気抵抗、中性子非弾性散乱での緩和率を非常によく再現できることがわかりました(図1)。このことは、NMR測定が敏感な低エネルギー領域では、鉄系超伝導体は遍歴電子系とみなせることを示しています。

また、解析の結果得られたパラメータの濃度依存性をプロットすると、超伝導転移温度が最大になる濃度において量子臨界点が存在することもわかりました。 興味深いことに、解析の結果得られたスピン揺らぎのエネルギーと超伝導転移温度がともに、銅酸化物超伝導体と重い電子系超伝導体のちょうど中間に位置していることがわかりました。このことは、二桁も超伝導転移温度が異なる様々な超伝導体に対して、反強磁性スピン揺らぎのエネルギーが重要な役割を果たしていることを示唆しています(図2)。

本研究は京都大学大学院理学研究科の笠原成助教、芝内孝禎准教授、松田祐司教授、池田浩章助教、寺島孝仁教授との共同研究です。 この結果はPhys. Rev. B誌に掲載されています。

2013年5月のTopics Ba122-SCRの図1
図1:NMR緩和率温度依存性の実験結果(シンボル)とSCR理論結果(実線)との比較。両者はよく一致し、この系が遍歴磁性体モデルでよく記述できることを示しています。
2013年5月のTopics Ba122-SCRの図2
図2:様々な超伝導体の反強磁性スピンゆらぎのエネルギーT0と超伝導転移温度Tcの関係。122型鉄系超伝導体は、銅酸化物と重い電子系超伝導の中間に位置するエネルギースケールを持つことがわかります。

論文情報

Y. Nakai, T. Iye, S. Kitagawa, K. Ishida, S. Kasahara, T. Shibauchi, Y. Matsuda, H. Ikeda, and T. Terashima
Physical Review B 87 174507 May 2013