Orthorhombic fluctuations in tetragonal Fe2As ( = Sr and Eu)

Fe2As(=Sr及びEu)の正方晶における斜方晶揺らぎ

小林 寿夫*; 池田 修悟*; 依田 芳卓*; 中村 博樹  ; 町田 昌彦  

Kobayashi, Hisao*; Ikeda, Shugo*; Yoda, Yoshitaka*; Nakamura, Hiroki; Machida, Masahiko

高い超伝導転移温度を示す鉄系超伝導体の母物質は、低温で反強磁性秩序相への転移とともに、正方晶から斜方晶への構造相転移を起こすことが知られている。このような構造相転移の原因を探るには格子振動が有力な手がかりとなる。そこで本研究では、SPring-8のビームラインを用いた核共鳴非弾性散乱によって、結晶中での鉄原子の格子振動を測定し、構造相転移との関係を調査した。さらに、第一原理計算によって格子振動を推算し、比較することによって、測定結果の解析を行った。結果として、構造相転移の付近で不連続な格子振動の変化は観測されず、構造相転移より高い温度から転移温度に向けて、徐々に変化していく様子が観測された。この結果から、構造相転移より高い温度のときから正方晶の中で斜方晶の揺らぎが存在していると結論することができる。この発見は、鉄系超伝導の超伝導発現機構の解明に向けて重要な知見を与えたと言える一方、原子力分野の材料研究の高度化に資する技術開発に繋がる成果でもある。

The structural and magnetic phase transition in FeAs ( = Sr and Eu) was investigated from the viewpoint of the Fe-specific phonon density of states, (), utilizing Fe nuclear resonant inelastic-scattering and ab initio phonon calculations. The Fe optical phonon branches in () around 25 meV show no anomalies across the phase transition temperature, , with decreasing temperature. Meanwhile, the peak intensity around 32 meV decreases and increases at 1.25 and , respectively, which originates from phonon branches involving Fe and As atomic displacements in the tetragonal structure. This decrease is related to the phonon branches involving atomic displacements in the ab plane. Furthermore, the average sound velocity below 8 meV shows no temperature dependence down to , suggesting softening in some of the sound waves. Our results indicate the presence of orthorhombic fluctuations in tetragonal FeAs.