M ỤC LỤC
2.2.2. Kết quả thớ nghiệm và thảo luận
Tài liệu [51] cho thấy đó chuẩn bị mẫu bột của Fe1+ySexTe1-x với thành phần danh nghĩa của x = 0, 0.3, và 0.5 và sử dụng phương phỏp mụ tả khỏc
[38] Fe1+yTe là khụng siờu dẫn trong khi hai mẫu khỏc cú Tc tại 14 K [38,40].
Dữ liệu bột nhiễu xạ neutron được lấy trờn tỏn xạ kế BT-1 tại Trung tõm
Nghiờn cứu NIST cho Neutron NCNR, Gaithersburg, Maryland. Cỏc tỏn xạ
kế BT-1 cú một bộ đơn năng húa 3,1,1 được thiết lập để cú một bước súng
ngẫu nhiờn = 2,0785Å.Ống chuẩn trực với sự phõn kỳ ngang của [4], [32], và
[66] đầy đủ tại một nửa chiều rộng tối đa (FWHM) được sử dụng trước và sau khi dựng bộ đơn năng húa, và sau khi lấy mẫu tương ứng. Đối với phõn tớch
cấu trỳc, phải sử dụng bột đo độ tỏn xạ BT-1 vỡ độ phõn giải cao. Đối với
nghiờn cứu đỉnh từ yếu, phải sử dụng cỏc BT thụng lượng cao -7 phổ kế ba
trục với một [PG graphite pyrolytic (0,0,2)] của bộ đơn năng húa và bước
súng của tia ngẫu nhiờn = 2,359 Å. Một bộ lọc PG được đặt trong tia ngẫu nhiờn để loại bỏ cỏc chuẩn trực là 50 trước và bố trớ hỡnh trũn 80 giữa cỏc mẫu
và một vị trớ nhạy cảm phỏt hiện rằng bao gồm một loạt cỏc gúc khoảng 50. Mẫu đó được nạp bờn trong buồng mẫu - khớ helium đầy và đúng cửa ngăn
lạnh (CCR). Sau đú xỏc định súng vector Q
hạt nhõn tại (qx , qy , qz) khi (H,K,L)= (q xa2, qyb2 , qzc2 đối xứng) cỏc đơn vị rlu ở cả tế bào đơn vị tứ giỏc và đơn tà. Sau đú sử dụng một thiết bị thương mại can thiệp lượng tử
siờu dẫn SQUID và một hệ thống đo đặc tớnh vật lý PPMS để đo độ nhạy và nhiệt được cụ thể của cỏc mẫu và sử dụng để đo neutron.
Chỳng ta thảo luận lần đầu về cấu trỳc hạt nhõn và từ tớnh của Fe1+yTe chất khụng siờu dẫn. Đối với cỏc sàng lọc ban đầu bằng cỏch sử dụng
Rietveld BT-1 bột nhiễu xạ, lượng Te được giả định là 1 vỡ trước đú đó thấy
rằng FeTe và FeSe cú xu hướng giàu Fe [58,53] tại 80K, Fe1+yTe cú một cấu
trỳc tinh thể tứ giỏc với nhúm khụng gian P4nmm và khụng cú thứ tự tĩnh từ.
Phõn tớch Rietveld cho thấy rằng hệ thực sự đó vượt quỏ Fe với y = 0.068 (3). Để làm mỏt cho 5K, những thay đổi cấu trỳc hạt nhõn để đơn tà với nhúm khụng gian P21m, như xỏc nhận bởi việc chia đỉnh (1,1,2) Bragg hạt nhõn để
(1, 1, 2)/ (1,1,-2) đỉnh từ 80 - 40K được hiển thị trong hỡnh 2.6(a) và kết quả
sàng lọc trong bảng 2.2
Một biến đổi mạng tinh thể orthorhombic tương tự như vật liệu chứa
FeAs [7 - 1] và trong Fe1.141Te nờn chia 2,0,0 Bragg, để lại cỏc phản xạ khụng thay đổi 1,1,2 như được thảo luận trong [60]. Ngoài ra để xỏc nhận cấu trỳc đơn tà, kết quả của sàng lọc cho thấy vượt quỏ Fe trong Fe1+yTe chất
khụng siờu dẫn. Kể từ khi Fe1 chiếm rất gần với 1, tổng số lượng Fe trong
Fe1+yTe được gắn nhón là 1.068 để phản ỏnh Fe vượt quỏ. Cỏc quan sỏt nhiệt độ thấp biến đổi mạng tinh thể đơn tà trong Fe1.068Te phự hợp với kết quả trước đõy về Fe1.125Te. [10] và Fe1.076Te [58] đối với oxypinctides như
LaFeAsO và CeFeAsO, cỏc mạng tinh thể thay đổi biến dạng đối xứng từ từ
tứ giỏc sang orthorhombic [7,33]. Trong trường hợp của Fe1+yTe, cỏc biến
dạng mạng tinh thể là từ tứ giỏc đến đơn tà với gúc giữa trục a và c được giảm
xuống dưới 900 trong khi khoảng cỏch Fe-Fe gần nhất khụng thay đổi, xem bảng 2.2. Hỡnh 2.6(c) cho thấy sơ đồ mạch bờn cấu trỳc quay của SrFe2As2,
nơi mà những mụmen tạo thành một cấu trỳc Fe AF cộng tuyến với hướng
quay dọc theo một trục dài trục của cấu trỳc orthorhombic. Cấu trỳc này
dường như phổ biến cho cỏc hợp chất gốc của chất siờu dẫn chứa FeAs. [7,1] Để xem cấu trỳc từ của cỏc Fe1.068Te phự hợp với điều đú của Fe1.125Te [10] và Fe1.076Te, [58] đầu tiờn chỳng ta sửa theo hướng mụmen bờn trong lớp Fe- Fe và chọn nhúm khụng gian P1 cho 1 vị trớ trong Fe trong chương trỡnh
GSAS để tinh chỉnh cấu trỳc từ tớnh sử dụng phương phỏp mụ tả trong [27].
Phự hợp với kết quả trước đú [10], [58], và thấy rằng một cấu trỳc từ trường
gần đỳng, như hỡnh 2.6 (b) cú thể mụ tả cỏc đỉnh từ quan sỏt khỏ tốt. Tiếp tục
tinh chỉnh cấu trỳc từ, chỳng ta giảm cỏc khú khăn của mụmen dọc theo hướng của cả trục a và c và tiến hành phõn tớch Rietveld. Fe cú mụmen tổng
đối với Fe1.068Te cho thấy rằng cấu trỳc quay trong hệ này cũng cộng tuyến
với một thành phần chớnh của mụmen này dọc theo trục b tứ giỏc như hỡnh 2.6(b). Kết quả này phự hợp với thử nghiệm trước đõy về Fe1.125Te. [10] và
Fe1.076Te, [58], và do đú cho thấy trật tự từ tớnh khụng cựng hàng tại Fe1.141Te
liờn kết trật tự AF tương xứng với Fe giảm nồng độ rất nhanh. Chỳng ta
khụng thể xỏc định xem hướng của gúc quay gúc ở vị trớ 0,0 là song song hoặc khụng song song của spin trung tõm ở 0.5,0.5. trong hỡnh 2.6(b) vỡ khi cỏc giỏ trị tuyệt đối của cỏc yếu tố cấu trỳc cho cả hai cấu hỡnh là rất gần
trong một biến đổi cấu trỳc đơn tà.
Ngoài những mụmen lớn 2.0BFe theo hướng trục tứ giỏc - b, cỏc đầu
của mụmen này dọc theo cỏc trục a và c−0.7 2 B và 0.7 1 B, tương ứng. Đối
với vật liệu chứa FeAs- những mụmen trật tự tĩnh bờn trong a và b của tế bào
đơn vị tinh thể [7-1]. Và cú thể dự đoỏn rằng cỏc mụmen ITE theo hướng trục
c trong Fe1.068Te là do những mụmen ITE của cỏc ion Fe 34 vượt quỏ [39].
Mặc dự tổng số mụmen của mỗi Fe1.068Te ion tương tự như trong Fe1.125Te [10] cỏc thành phần trục c của mụmen này trong Fe1.125Te là 1.36 B [10]. Sự
khỏc biệt này cú thể liờn quan đến lượng vượt quỏ của cỏc ion Fe trong cỏc vị trớ bỏt giỏc, [10,14,25] trong đú dự kiến sẽ cú từ tớnh mạnh mẽ [39]. Kể từ
những mụmen của cỏc ion Fe vượt được phõn phối ngẫu nhiờn giữa cỏc lớp
Fe-Fe, những mụmen Fe trong Fe1.125Te, cú xu hướng khụng thể đối với trục
c. Tuy nhiờn, tớnh chất ngẫu nhiờn của cỏc ion Fe vượt quỏ làm cho nú rất khú để ước tớnh kớch cỡ mụmen và xỏc định ảnh hưởng của chỳng lờn cấu trỳc
quay bờn trong Fe AF bằng cỏch sử dụng nhiễu xạ neutron tuyền thống mụ tả ở đõy bởi vỡ kỹ thuật như vậy là khụng nhạy với một mạng tinh thể bị rối
loạn. Giả sử rằng AF khụng tương đương được quan sỏt cho Fe1.141Te [58] thực sự phỏt sinh từ sự tương tỏc từ trường giữa bờn trong mặt phẳng Fe và
quỏ nờn sau đú hướng hệ thống đến cõn bằng húa học và FeTe giảm vượt quỏ Fe. Điều này sẽ tạo thuận lợi cho cấu trỳc quay AF và thể hiện trong hỡnh 2.6 (b). Nếu hỡnh ảnh này là đỳng, khụng tương đương trật tự AF trong Fe1.141Te [58] khụng phải là một đặc tớnh cơ bản của cõn bằng húa học.
Bảng 2.2. Độ chớnh xỏc về điều kiện nhiễu xạ - bột.
FeSe0.493Te0.507(5 K), P4/nmm, 2 2.754
a = 3.793 27(9)( Å), b = 3.793 27(9)( Å), c = 5.955 19(21)( Å)
Nguyờn tử Vị trớ x y z Chiếm giữ
Fe(1) 2b 0.75 0.25 0 1c
Se 2a 0.25 0.25 0.2719(5) 0.493(24)d
Te 2a 0.25 0.25 0.2719(5) 0.507(24)d
Fe(2) 2a 0.25 0.25 0.643(5) 0.054(5)
a Sự chiếm giữ Fe (1) và Fe (2) đóđược cố định như là giỏ trị được xỏc định
tại 80K,b Sự chiếm giữ Te là 1, c Sự chiếm giữ Fe là 1, d Tổng Fe và Te giữ
Fe1.068Te(5 K), P21/m, 2 1.559, 89.212 3
a = 3.834 47(19)(Å), b = 3.784 14(18)(Å), c = 6.257 18(30)(Å)
Nguyờn tử Vị trớ x y x Chiếm giữ
Fe(1) 2b 0.75 0.25 0.0035(7) 0.995a Te 2a 0.25 0.25 0.2798(6) 1b Fe(2) 2a 0.25 0.25 0.6812(5) 0.068a Fe1.068Te(80 K), P4/nmm, 2 1.387 a = 3.812 34(8)(Å), b= 3.812 34(8)(Å), c = 6.2517(2)(Å) Nguyờn tử Vị trớ x y z Chiếm giữ Fe(1) 2b 0.75 0.25 0 0.995(11) Te 2a 0.25 0.25 0.2829(4) 1b Fe(2) 2a 0.25 0.25 0.7351(3) 0.068(3) FeSe0.416Te0.584(10 K), P4/nmm, 2 2.588 a = 3.802 87(8)(Å), b = 3.802 87(8)(Å), c = 6.083 49(18)(Å)
Nguyờn tử Vị trớ x y z Chiếm giữ
Fe(1) 2b 0.75 0.25 0 1c
Se 2a 0.25 0.25 0.2708(4) 0.416(23)d
Te 2a 0.25 0.25 0.2708(4) 0.584(23)d
là 1.
Để hiểu được chuyển pha nguyờn tử và từ của cỏc Fe1.068Te, ta tập trung
vào (1,1,2)/ (1,1,-2) nguyờn tử và (0.5,0,0.5) Bragg từ đỉnh. Như thể hiện
trong hỡnh 2.7(a), sự phản chiếu (1,1,2)/ (1,1,-2) chia thành hai đỉnh do cỏc đơn tà tứ giỏc chuyển đổi cấu trỳc. Bằng cỏch phự hợp với một và hai đỉnh
Gaussianở nhiệt độ cao và thấp, tương ứng cho thấy rằng việc chuyển đổi cấu trỳc giai đoạn xảy ra gần 67 K. Hỡnh 2.7 (b) cho thấy sự phụ thuộc nhiệt độ
của cỏc đỉnh cao từ 0.5,0,0.5 rừ ràng là liờn kết với cỏc cấu trỳc giai đoạn
chuyển pha. Ngoài ra, FWHM của đỉnh (0.5,0,0.5) lớn hơn độ phõn giải do sự
chia tỏch (0.5,0,0.5) và (0,5,0,-0,5) đỉnh. Cần lưu ý rằng [58] cũng đó trỡnh
bày cỏc phộp đo tương tự trờn Fe1.141Te với sự trễ (trễ 10 K) bằng cỏch sử
dụng một bơm chõn khụng BT-1. Khi chỳng ta sử dụng cựng một CCR và thu
được tương tự như trờn Fe1.068Te trễ lớn. Tuy nhiờn, vỡ chỳng ta khụng thể tỏi
tạo như một sự trễ lớn khi cựng một mẫu được đặt ở CCR tải khớ đầy và tin rằng hiện tượng trễ lớn ban đầu quan sỏt thấy trong Fe1.068Te khụng phải là một thuộc tớnh nội tại của vật liệu nhưng liờn quan đến nhiệt nghốo phỏt sinh
trong bơm chõn khụng tải dưới CCR [44] để xem nếu 67 K giai đoạn chuyển
pha là của chuỗi đầu tiờn hoặc thứ hai ta đo từ tớnh nhạy cảm bằng cỏch sử
dụng một SQUID. Hỡnh 2.7(c) cho thấy tớnh nhạy một chiều với quỏ trỡnh FC làm mỏt và một ứng dụng từ của 20 Oe cú một hiện tượng trễ rừ ràng về 1K
gần chuyển pha với cấu trỳc từ tớnh.
Cỏc trật tự bản chất của cấu trỳc, chuyển pha từ tớnh được hiển thị rừ
ràng trong đo năng lựơng nhiệt. Tương tự như cỏc nghiờn cứu trước đõy trong
Fe1.11Te [12], một đỉnh được tỡm thấy quanh cỏc nhiệt độ chuyển pha, hỡnh 2.7 (d). Cỏc tựy chọn năng lựợng nhiệt của PPMS khụng hoạt động chớnh xỏc
trong vựng lõn cận của quỏ trỡnh chuyển đổi đầu tiờn [26]. Để khắc phục vấn đề này, ta thiết lập cỏc tựy chọn nhiệt độ tăng của PPMS cụng suất nhiệt đo
được 3K và ghi lại cỏc dữ liệu thụ của nhiệt lượng kế này. Nếu khụng cú sự
chuyển pha, nhiệt độ tăng và giảm mẫu thụng suốt trong quỏ trỡnh làm núng
và làm mỏt, tương ứng. Khoảng 67K, tuy nhiờn, cỏc vựng cao do sự hấp thụ
nhiệt và giải phúng từ giai đoạn chuyển pha để trở nờn rừ ràng, như thể hiện
trong cỏc bản đồ lồng của hỡnh 2.7(d) chứa những dữ liệu này và một sức
núng 0,286 mW, ta cú thể ước tớnh rằng nhiệt tiềm ẩn của sự chuyển pha là 215 J / mol, giả sử nú được cung cấp bởi nhiệt trong thời gian khụng thay đổi
trong quỏ trỡnh làm núng. Giỏ trị này đưa ra một thay đổi entropy của S 3,2
J/molK thụng qua quỏ trỡnh chuyển đổi.
Hỡnh 2.7 (Màu trực tuyến) (a) Sự phõn chia (1,1,2) và (1,1,−2) đỉnh hạt nhõn với nhiệt độ giảm do sự biến dạng mạng tinh thể tứ giỏc đơn tà. (b) Nhiệt độ phụ thuộc của đỉnh (0.5,0,0.5) AF Bragg cho biết một liờn kết mạnh mẽ đến sự biến dạng cấu trỳc. (c) tớnh nhạy từ một chiều đo bằng SQUID cho thấy một nhiệt độ trễ khoảng
Đ ộ L ần /p h ỳ t C ư ờ n g đ ộ t ớc h h ợ p ( /p h ỳ t) L ần /p h ỳ t Nh i ệ t đ ộ
1K. (d) Dụng cụ đo nhiệt hiển thị sắc nột cao điểm xung quang việc chuyển pha cấu trỳc giai đoạn từ tớnh. Bản đồ lồng cho thấy cỏc dữ liệu thụ của nhiệt luợng kế dón nhiệt của PPMS, trong trường hợp khụng thay đổi trong quỏ trỡnh làm núng hoặc làm mỏt rừ ràng cho thấy sự hấp thụ và giải phúng nhiệt tiềm ẩn.
Nếu chỳng ta giả định rằng Fe lõn cận tại mụmen Fờte là về 3.87B
thuận từ [36] và 1.7 B thấp hơn TN, sự thay đổi trong entropy qua sự chuyển
tiếp chứa một mụ hỡnh Ising là khoảng 3,5 J/Kmol. Cỏc kết quả này cho thấy
rằng sự đúng gúp lớn cho sự thay đổi entropy ở giai đoạn chuyển pha cú thể được cung cấp bởi sự chuyển đổi AF, trong đú ủng hộ quan điểm rằng cỏc trật
tự giai đoạn chuyển pha là được định hướng bởi từ trường này. Cuối cựng, ta thảo luận về cỏc biến dạng cấu trỳc mạng tinh thể và từ tớnh ở Fe1+ySexTe1-x
như là chất siờu dẫn gõy ra bằng cỏch thay thế Te với Se [38,40]. Mặc dự đó thấy khụng cú chuỗi tĩnh Bragg từ đỉnh trong siờu dẫn FeSe0.416Te0.584 và
FeSe0.493Te0.507 tương tự như cỏc vật liệu chứa Fe-As, [7,33] biến động quay
tầm ngắn với độ dài tương quan của 9,4 Å được xếp tại FeSe0.416Te0.584 tại Q =
0.938 Å−1 như hỡnh 2.8(b) Giỏ trị Q là hơi thấp hơn giỏ trị Q của 0.974 Å−1
tại vị trớ xứng (0.5,0,0.5). Kể từ khi Fe1+ySexTe1-x khụng thể hiện khụng tương đương chuỗi AF, chỳng ta tin rằng dựng độ lệch vector nhỏ được quan sỏt từ
vị trớ tương xứng trong FeSe0.416Te0.584 là do sự biến đổi trong từ trường yếu tố
hỡnh thức cũng như một biến thể trong cỏc yếu tố cấu trỳc từ tớnh. Tuy nhiờn,
người ta cũng phải thận trọng cho cỏc giai đoạn khụng rừ rang [36,43]. Vớ dụ,
chỳng ta cú thể thấy rừ cỏc (1,1,0) khối đỉnh tạp chất Fe trong hỡnh 2.8(a) trong cả hai mẫu siờu dẫn, trong đú cho thấy sự tồn tại cú thể cú của cỏc giai đoạn khỏc. Tham khảo [58] cũng bỏo cỏo biến đổi spin- spin tại siờu dẫn
Fe1.08Te0.67Se0.33, mà trung tõm tại Q = 0.895Å−1. Cỏc tỏc giả đề xuất một giải
thớch cú thể cho tương quan spin-spin chứa cỏc đỉnh từ tớnh khụng tương đương[58]. Tuy nhiờn, cú thể tin rằng điều này là khú cú thể là trường hợp
của siờu dẫn. Fe1+ySexTe1-x mặc dự chỳng ta khụng thể gạt quy định này ra ngoài. Hỡnh 2.8 và bảng 2.2 túm tắt quỏ trỡnh tiến húa của một số tham số cấu
trỳc doping cho Fe1+ySex-xTex. Trong sàng lọc của cỏc mẫu siờu dẫn, cỏc Fe(1)
thành phần và tổng hợp của Se và Te thường bị hạn chế là 1. Khoảng cỏch Fe-
Te tăng khoảng tuyến tớnh với nồng độ Te ngày càng tăng, như hỡnh 2.8(e) Mặt khỏc, cỏc gúc Fe-Te/Se-Fe hỡnh 2.8(d) giảm với nồng độ Te ngày càng
tăng. Đối với Fe1.068Te, gúc Fe-Te/Se-Fe dọc theo trục b là nhỏ hơn nhiều so
với cựng một trục. Do cấu trỳc đơn tà nhiệt độ thấp, cỏc Fe-Te hoàn hảo / tứ
giỏc Se bị búp mộo, dẫn đến gúc độ khỏc nhau Fe-Te/Se-Fe giữa cỏc ion Fe
gần nhất. Chỳng ta cú nhón cỏc gúc độ như 1 và 2 trong hỡnh 2.8(d).Điều này biến dạng của tứ giỏc Fe-Te/Se cũng là minh họa bằng cỏc khoảng cỏch Fe- Te/Se trong Fe1.068Te hỡnh 2.8(e). Để đưa cỏc kết quả này trong một điều kiện
thớch hợp, ta lưu ý rằng cỏc tớnh toỏn mật độ-chức năng dự đoỏn một bề mặt Fermi tương tự cho Fe1+ySexTe1-x và vật liệu chứa FeAs [4]. Vỡ vậy, trong bức tranh điện tử lưu động, nơi mà cỏc quan sỏt trật tự AF trong hai lớp vật liệu
phỏt sinh từ cựng một bề mặt Fermi lồng, ta cú ước tớnh một SDW tương tự
trong sự ổn định hoặc cấu trỳc quay AF. Mặc dự chỳng ta đó quan sỏt thực
nghiệm cỏc cấu trỳc khỏc nhau từ tớnh cho Fe1+yTe và dũng vật liệu LaFeAsO,
sự hiện diện cú thể cú của một thời điểm từ tớnh lớn trờn ion Fe dư thừa trong
giữa cỏc lệnh Fe lớp trong Fe1+yTe cú thể ảnh hưởng đến cấu trỳc từ bờn trong và giải quyết này khụng thống nhất [39]. Ngoài ra, một mụ hỡnh chứa sự tương tỏc trao đổi từ tớnh nội tại húa cũng cú thể giải thớch kết quả thực
nghiệm[15]. Trong thực tế, sự khỏc biệt giữa cỏc gúc Fe-Te/Se-Fe dọc theo
cỏc trục b và a cho kết quả khỏc nhau tiếp theo liờn kết lõn cận gần nhất J2a
và J2b khi quan sỏt cấu trỳc AF cộng tuyến. Sự khỏc biệt giữa gúc độ 1 và 2 do sự biến dạng mạng tinh thể đơn tà cú thể làm phỏt sinh khỏc nhau sự liờn kết lõn cận gần nhất- J1a và J1b. Điều này cú thể ổn định cấu trỳc quay đề
xuất trong hỡnh 2.6 (b) nơi quay là khú nhất bởi tứ giỏc gần nhất quay trong