Tek Kristal Formdaki FeTe0.5Se0.5 Süperiletken Sistemine In (% 5’ e kadar) Katkısının Yapısal ve Elektriksel İletim Özelliklerine Etkisi

Yıl 2021, Cilt: 33 Sayı: 1, 101 - 111, 15.02.2021

Kübra Yakıncı

https://doi.org/10.35234/fumbd.754050

Öz

Bu çalışmada, Self-flux metodu ile tek kristal formda üretilen ve %5’ e kadar In katkılanmış FeTe0.5Se0.5 sisteminin (FeTe0.5Se0.5+%1, FeTe0.5Se0.5+%3, FeTe0.5Se0.5+%5) yapısal ve elektriksel iletim özelliklerini incelenmiştir. FeTe0.5Se0.5 sistemi içerisinde oldukça düşük erime sıcaklığına sahip olan İndiyum’un kristal oluşumunda bir akı görevi gördüğü ve aynı zamanda yapıda homojen bir dağılım sergilediği bulunmuştur. Ancak In katkılama oranı arttıkça FeTe0.5Se0.5 sisteminin süperiletkenlik özelliklerinin olumsuz yönde değiştiği görülmüştür. Katkılama oranlarına göre en iyi değerin, Tcbaşlangıç ve Tcsıfır değerleri, %1 In katkılı örnekte 16.07 K ve 14.80 K olarak bulunmuştur. Daha yüksek In katkı oranları için ise her iki değerinde azalma eğilimine girdiği bulunmuştur. Werthamer-Halfand-Hohenberg (WHH) eşitliği ile manyetodirenç eğrilerinden üst kritik alan değerleri hesaplanmış ve en iyi değerin %1 In katkısı için olduğu bulunmuş, yüksek katkılama oranları için de değerin azaldığı gözlenmiştir. Arrhenius eşitliği ile belirlenen, vorteks oluşum ve hareketlilik aktivasyon enerjisi 0 Teslada %1, %3 ve %5 In katkılı örnekler için 1822, 515, 457eV’ olduğu bulunmuştur. Elde edilen sonuçlar, FeTe0.5Se0.5 sistemine In katkısının artan oranlarının süperiletkenlik mekanizmasını olumsuz yönde etkilediğini göstermiştir.

Anahtar Kelimeler

Fe-tabanlı süperiletkenler, self-flux metodu, aktivasyon enerjisi.

Kaynakça

• Referans1 Hsu FC, Luo JY, Yeh KW, vd. Superconductivity in the PbO-type structure α-FeSe. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2008; 105, 14262.
• Referans2 Onar K, Fese-Tabanlı Yeni Nesil Süperiletken Alaşımların Tek Kristal Formda Üretimi, Karakterizasyonu ve Mühendislik Uygulamaları. Doktora, İnönü Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2017.
• Referans3 Stewart, GR. Superconductivity in iron compounds. Rev. Mod. Phys, 2011; 83, 1589.
• Referans4 Shimizu, K., Kimura, T., Furomoto, S., Takeda, K., Kontani, K., Onuki, Y., Amaya, K. Superconductivity in the Non-Magnetic State of Iron Under Pressure. Nature, 2001; 412, 316.
• Referans5 McQueen TM, Huang Q, Ksenofontov V, vd. Extreme sensitivity of superconductivity to stoichiometry in Fe1+δSe. Phys. Rev. B. 2009; 79, 014522.
• Referans6 Medvedev S, McQueen TM, Troyan I., vd., Electronic and Magnetic Phase Diagram of beta-Fe(1.01)Se With Superconductivity at 36.7 K Under Pressure. Nat. Mater. 2009; 8, 630.
• Referans7 Margadonna S, Takabayashi Y, Ohishi Y, vd. Pressure evolution of the low-temperature crystal structure and bonding of the superconductor FeSe (Tc=37 K). Phys. Rev. B. 2009; 80, 064506.
• Referans8 Mizuguchi Y, Tomioka F, Tsuda S, Yamaguchi T, Takano Y. Superconductivity at 27K27K in tetragonal FeSe under high pressure. Appl. Phys. Lett. 2008; 93, 152505.
• Referans9 Wu MK, Hsu FC, Yeh KW, Huang TW, vd. The development of the superconducting PbO-type β-FeSe and related compounds. Physica C. 2009; 469, 340.
• Referans10 Mizuguchi Y, Tomioka F, Tsuda S, vd. Substitution Effects on FeSe Superconductor J. Phys. Soc. Jpn. 2009; 78, 074712.
• Referans11 Fang MH, Pham HM, Qian B, vd. Superconductivity close to magnetic instability in Fe(Se1−xTex)0.82. Phys. Rev. B. 2008; 78, 224503.
• Referans12 Yeh KW, Huang TW, Huang Y, vd. Tellurium substitution effect on superconductivity of the α-phase iron selenide. Europhys. Lett. 2008;84, 37002.
• Referans13 Sales BC, Sefat AS, McGuire MA, vd. Bulk superconductivity at 14 K in single crystals of Fe1+yTexSe1−x. Phys. Rev. B. 2009; 79, 094521.
• Referans14 Taen T, Tsuchiya Y, Nakajima Y, Tamegai T. Superconductivity at Tc∼14 K in single-crystalline FeTe0.61Se0.39. Phys. Rev. B. 2009; 80, 092502.
• Referans15 Kumar S and Singh PP. Excess of manganese in an iron-based superconductor: a first-principles study of its electronic, magnetic and superconducting properties. Mater. Res. Express. 2016; 3, 056001.
• Referans16 Ozabaci M, Yakinci K, Yakinci ME. Enhancement of Magnetic and Transport Properties of Superconducting Fe1−xMnxSe0.5Te0.5 Single Crystals. JOM. 2019;71,3285–3292.
• Referans17 Yakinci K, Ozabaci M, Depci T, Yakinci ME. Degradation of Superconducting Properties by Cu Adding on FeTe0.5se0.5 System. Internatıonal Conference on Condensed Matter and Materıals Scıence; 2017; 11-15 October; Adana/ Turkey.112.
• Referans18 Chen N, Liu Y, Ma Z, Li H. Significant enhancement of superconducting properties in the FeSe0.5Te0.5 bulks by minör Sn addition. Materials Letters. 2016; 175,16–19.
• Referans19 Deguchi K, Takano Y, Mizuguchi Y. Physics and chemistry of layered chalcogenide superconductors. Sci. Adv. Matter. 2012; 13, 054303 (11pp).
• Referans20 Felner I, Nowik I, Tsindlekht MI, Ren Z, Shen X, Che G, Zhao Z, arXiv. 2008; 805, 2794.
• Referans21 Nowik I, Jerusalem IFHU, Awana VPS, Vajpayee A, Kishan H. J. Phys. Condens. Matter. 2008; 20, 292201.
• Referans22 Mukuda H, Terasaki N, Kinouchi H, Yashima M, Kitaoka Y, Suzuki S, Miyasaka S, Tajima S, Miyazawa K, Shirage P, Kito H, Eisaki H, Iyo A, Enhancement of Superconducting Transition Temperature Due to Antiferromagnetic Spin Fluctuations in Iron-pnictides LaFe(As1−xPx)(O1−yFy) : 31P-NMR Studies. J. Phys. Soc. Jpn. 2008; 77, 093704.
• Referans23 Awana VPS, Pal A, Vajpayee A, Mudgel M, Kishan H, Husain M, Zeng R, Yu S, Guo YF, Shi YG, Yamaura K, Takayama- Muromachi E. Synthesis and physical properties of FeSe1/2Te1/2FeSe1/2Te1/2 superconductor. Appl. Phys. 2010; 107, 09-128.
• Referans24 Onar K, Ozçelik B, Güler NK, Okazaki H, Takeya H, Takano Y, Yakinci ME, Enhanced physical properties of single crystal Fe0.99Te0.63Se0.37 prepared by self-flux synthesis method. Journal of Alloys and Compounds. 2016; 683, 164-170.
• Referans25 Maheshwari PK, Jha R, Gahtori B, and Awana VPS, Flux free growth of large FeSe1/ 2Te1/ 2 superconducting single crystals by an easy high temperature melt and slow cooling method. AIP ADVANCES. 2015; 5, 097112.
• Referans26 Zhang S.B, Sun YP, Zhu XD, Zhu XB, Wang BS, Li G, Lei HC, Luo X, Yang ZR, Song WH and Dai JM. Crystal growth and superconductivity of FeSex. Supercond. Sci. Technol. 2009; 22,015020.
• Referans27 Velasco Soto D, Rivera Gomez, FJ, Santillan Rodriguez CR, Saenz Hernandez RJ, Botello Zubiate, M.E., Matutes Aquinoa JA. Upper critical fields in a FeSe0.5Te0.5 superconducting single crystal. J. Appl. Phys. 2013; 113, 17-138.
• Referans28 Ding QP, Mohan S, Tsuchiya Y, Taen T, Nakajima Y, Tamegai T. Low-temperature synthesis of FeTe0.5Se0.5 polycrystals with a high transport critical current density. Supercond. Sci. Technol. 2011; 24, 075025.
• Referans29 Palstra TTM, Batlogg B, Schneemeyer LF, and Waszczak JV. Thermally Activated Dissipation in Bi2.2Sr2Ca0.8Cu2O8+δ. Phys. Rev. Lett. 1988; 61, 1662.
• Referans30 Blatter G, Feigelman MV, Geshkenbein VB, Larkin AI, and Vinokur VM. Vortices in high-temperature superconductors. Rev. Mod. Phys. 1994; 66, 1125.
• Referans31 Jaroszynski J, Hunte F, Balicas L, Jo Y-J, Raicevic I, Gurevich A, Larbalestier DC, Balakirev FF, Fang L, Cheng P, Jia Y, and Wen HH. Upper critical fields and thermally-activated transport of NdFeAsO0.7F0.3 single crystal. Phys. Rev. B. 2008; 78, 174523.
• Referans32 Shahbazi M, Wang XL, Shekhar C, Srivastava ON, and. Dou SX. Supercond. Upper critical field, critical current density and thermally activated flux flow in fluorine doped CeFeAsO superconductors. Sci. Technol. 2010; 23, 105008.
• Referans33 Zhang YZ, Ren ZA, and Zhao Z X. Thermally activated energy and critical magnetic fields of SmFeAsO0.9F0.1. Supercond. Sci. Technol. 2009; 22, 065012.