Observation of a pressure-induced As-As hybridization associated with a change in the electronic state of Fe in the tetragonal phase of EuFeAs

EuFeAsの正方晶相におけるFeの電子状態変化によるAs-Asの圧力誘起混成の観測

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

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

銅酸化物に次いで高い超伝導転移温度を示す鉄系超伝導体の転位温度は、その結晶構造の変化に敏感であることが知られている。本論文では、圧力により結晶構造を変化させ、それに伴う電子状態,格子振動,超伝導性の変化をSPring-8で観測した。その結果、As-Asの混成が超伝導発現に深く関与することを発見した。なお、実験結果の解析にあたっては数値シミュレーションによる格子振動との比較が重要な役割を果たした。得られた知見をもとに、鉄系超伝導体の超伝導発現機構の解明に貢献する一方、広く物質材料の構造と機能との関係解明に寄与することが期待される。

The electronic and vibrational properties of EuFeAs in the tetragonal phase between 0 and 5 GPa have been investigated using Fe Mssbauer spectroscopy and Fe nuclear resonance inelastic scattering, respectively. We find a discontinuous increase of the center shift around 2.3 GPa, reflecting a change of the electronic state of Fe, and above 2.5 GPa a softening of the optical phonon modes associated with an increase of the relative volume of the FeAs tetrahedron in the unit cell. Our findings reveal that an effective As-As hybridization along the c axis appears at approximately 2.3 GPa in the tetragonal phase of EuFeAs, along with a change in the electronic state of Fe, causing bulk superconductivity to appear at a low temperature. Consequently, the change in the electronic state of the Fe atom and the effective As-As hybridization play key roles in the pressure-induced superconductivity in the tetragonal phase of AFeAs.