[Nov 10, 2014] 김준성 교수 연구실 - Orbital-driven nematicity in FeSe

[Nov 10, 2014] 김준성 교수 연구실 - Orbital-driven nematicity in FeSe

Nature Materials 113, 156602 (2014)

[그림: (왼쪽위) FeSe 결정 구조 (왼쪽 아래) 네마틱 정렬상에 의해 생기는 두 종류의 도메인과 자기장 방향 모식도 (오른쪽) 온도에 따른 77Se 핵자기공명 스펙트럼의 변화]

“철계 초전도체 FeSe의 오비탈 정렬에 의한 네마틱 전자상태 발현 규명” 
독일 드레스덴 라이프니츠연구소(IFW-Dresden) 백승호 박사, POSTECH(포항공과대학교) 물리학과 김준성 교수․통합과정 옥종목씨 연구팀은 ‘네이처 머터리얼스(Nature Materials)’ 최신호를 통해 철계 초전도체인 FeSe의 독특한 초전도 현상에 관한 연구를 2014. 11. 10일자로 발표했다. 철계 초전도체는 다른 초전도체와는 달리 자기적으로 정렬된 상태와 네마틱 상태 등 서로 다른 2개의 정렬상태에서 초전도현상을 보인다. 초전도체의 활용을 위해서는 초전도 현상이 언제 일어나는가를 이해하는 것이 특히 중요한데, 네마틱 상태에서 초전도 현상이 일어나는 원인에 대해서는 알려진 바가 없다. 본 연구에서는 핵자기공명(NMR)을 이용하여, 네마틱 상태가 일어나는 온도가 초전도 상태가 나타나는 온도보다 훨씬 높다는 것과 이러한 현상이 철계 초전도가 가지고 있는 오비탈(Orbital)의 정렬에 의한 것이라는 사실을 밝혀냈다. 이는 특히 철계 초전도체에서 네마틱 상태를 일으키는 원인은 물론, 이런 현상이 초전도현상에 어떤 영향을 미치는가에 대한 중요한 단서를 제공한다는 점에서 의의를 가지고 있다.

A fundamental and unconventional characteristic of superconductivity in iron-based materials is that it occurs in the vicinity of two other instabilities. In addition to a tendency towards magnetic order, these Fe-based systems have a propensity for nematic ordering: a lowering of the rotational symmetry while time-reversal invariance is preserved. Setting the stage for superconductivity, it is heavily debated whether the nematic symmetry breaking is driven by lattice, orbital or spin degrees of freedom. Here, we report a very clear splitting of NMR resonance lines in FeSe at Tnem = 91 K, far above the superconducting Tc of 9.3 K. The splitting occurs for magnetic fields perpendicular to the Fe planes and has the temperature dependence of a Landau-type order parameter. Spin–lattice relaxation rates are not affected at Tnem, which unequivocally establishes orbital degrees of freedom as driving the nematic order. We demonstrate that superconductivity competes with the emerging nematicity.