X線非弾性散乱によるPrFeAsOの格子振動の研究

IXS studies of the lattice dynamics in PrFeAsO

福田 竜生  ; Baron, A. Q. R.*; 社本 真一  ; 内山 裕士*; 石角 元志; 中村 博樹  ; 町田 昌彦  ; 水木 純一郎; 新井 正敏; 伊豫 彰*; 鬼頭 聖*; 永崎 洋*

Fukuda, Tatsuo; Baron, A. Q. R.*; Shamoto, Shinichi; Uchiyama, Hiroshi*; Ishikado, Motoyuki; Nakamura, Hiroki; Machida, Masahiko; Mizuki, Junichiro; Arai, Masatoshi; Iyo, Akira*; Kito, Hijiri*; Eisaki, Hiroshi*

2008年初めの=26Kの化合物の発見以来、精力的な研究開発が進められてきている鉄系超伝導物質は、その超伝導発現機構に関して発見後すぐに第一原理計算が行われ、フォノンの寄与は小さいという予想がされている。しかし実際に測定を行ったところ、フォノン密度の第三のピーク(30meV)が計算値(35meV)よりも5meV程度ソフト化していることがわかり、Fe-As間の第一近接相互作用を弱めるモデルを提唱した。その後さらに、単結晶PrFeAsO(42-45K)を用いて詳細なフォノンの分散関係の測定を進めた結果、鉄及びヒ素原子の面内振動モードはソフト化しており上記モデルで説明できるが、c軸方向の原子の動きを伴うモードは逆に、元の第一原理計算結果そのままの方がよく合うということがわかってきた。さらに解析を進めると、実際の試料の晶系である正方晶による計算ではなく、磁気秩序を伴う斜方晶による計算が、実験結果を比較的うまく説明できることがわかってきた。対称性が異なることが重要なのか、磁気秩序が重要なのか、もう少し詳しい実験・計算と検討が必要である。

Recently discovered iron-arsenide new superconductor has attracted considerable attraction. Within a few months the transition temperature () exceeded 50 K in some related compounds, and the possible novel physics as well as higher- are expected. At the early stage, calculations of phonon properties appeared and suggested that the superconductivity in these materials are not phonon mediated. However, the experimental verification is crucial. We carried out inelastic X-ray scattering on some powder as well as single samples, and found pronounced softening of the Fe-As modes compared to LDA-based phonon calculations. However, further investigation on single crystals showed the spectra are found to agree much better with calculations of the magnetic parent material, which has orthorhombic symmetry, than those using a tetragonal structure like the real superconducting compounds.