Síntesis y caracterización de compuestos superconductores de FeTe con distintos dopajes de Se y S

M. G. RODRÍGUEZ; G. POLLA; C. P. RAMOS; C. ACHA

Rosario

Congreso; V Reunión Nacional Sólidos; 2013

En los últimos años se halló [1], que al dopar un óxido nitrogenoide de hierro ("iron pnictide") de fórmula ReFeAsO (Re: tierras raras) tanto con huecos como con agujeros gracias a reemplazar parcialmente el oxígeno [2] o la tierra rara, éste presenta un estado superconductor con temperaturas entre 40 K y 55 K y campos críticos del orden de los 65 T a 4 K [3]. Así, estos compuestos conformaron una nueva clase de superconductores de alta temperatura crítica (Tc). Estudios adicionales mostraron la existencia de una nueva familia de superconductores llamada calcogenuros de hierro ("iron chalcogenide"), dada por el sistema FeTe1-xSex [4]. Estos compuestos tienen la estructura más sencilla entre los superconductores basados en hierro, debido a que están formados sólo por capas de Fe y Se/Te con una estructura del tipo anti-PbO (grupo espacial P4/nmm). Dada su sencillez estructural, hemos elegido a la familia FeTe1-xSex para doparla con azufre, con el fin de deformar la estructura, dado que el azufre (S) tiene un radio iónico mucho menor que el teluro (Te) y el selenio (Se) y estudiar cuáles son los parámetros relevantes para favorecer la aparición del estado superconductor y la depresión de la transición antiferromagnética, localizada alrededor de los 70 K en el compuesto FeTe [5]. Hemos sintetizado compuestos cerámicos cuya fórmula corresponde a FeTe1-x-ySexSy, obteniéndose la siguiente serie de seis compuestos dados por los valores de (x;y) = (0;0.12); (0.1;0.1); (0.25;0.06); (0.3;0.05); (0.4;0.02) y (0.45;0.01). Las síntesis se realizaron con la técnica de reacción en estado sólido, donde se aplicaron tratamientos térmicos sucesivos. Las muestras se caracterizaron mediante difracción de Rayos X (DRX), microscopía electrónica de barrido (SEM) y espectroscopía de rayos por energía dispersiva (EDAX). Para el estudio del estado superconductor y de las propiedades magnéticas se utilizó un magnetómetro del tipo SQUID. También se realizaron estudios de la resistividad con la temperatura, en un rango de 10 K a 300 K, empleando el método de cuatro terminales. De los resultados dados por EDAX, obtuvimos la composición real de las muestras y corroboramos que los compuestos finales tuvieran todos los reactivos iniciales. A partir de los refinamientos Rietveld de los difractogramas, las composiciones finales obtenidas mostraron una fase mayoritaria correspondiente al compuesto sintetizado y fases minoritarias (menores al 5% en algunos casos) Fe3O4, Fe7Se8 y FeTe2. Este tipo de impurezas también fueron detectadas por la técnica Mössbauer en una muestra dentro de esta familia estudiada simultáneamente (FeSe0.5Te0.5), corroborando los resultados de los refinamientos. Se observó la transición de Verwey (asociada a la impureza de Fe3O4 alrededor de los 130 K en las curvas de magnetización en función de la temperatura. Estas muestras, a pesar de tener un volumen superconductor menor al 5%, exhiben una transición superconductora resistiva de alrededor de 2 K. Adicionalmente, se observó la presencia de una fase ferromagnética blanda en todo el rango de temperatura estudiado, probablemente ligada a las impurezas de Fe3O4 y gracias a estudios de remanencia se detectó la presencia de interacciones dipolares en las muestras de menor volumen superconductor. Nuestros resultados indican que el reemplazo parcial de Te por Se y S deprime el orden antiferromagnético de largo alcance presente en FeTe y permite la aparición de un estado metálico, aunque con gran influencia del desorden en el transporte eléctrico así como de un incipiente estado superconductor, probablemente afectado por la presencia de interacciones dipolares. [1] X. H. Chen et al, Nature, 453, 761 (2008). [2] Ren, Zhi-An, EPL (Europhysics Letters), 83, 17002 (2008). [3] F. Hunte et al, Nature, 453 903 (2008). [4] F. Hsu et al, Proc.Natl. Acad. Sci. U.S.A., 105, 14262 (2008). [5] Y. Mizuguchi and Y. Takano, JPSJ, 79, 102011 (2010).