超导前驱相 SmFeAsO 中负热膨胀的证据

利用高分辨率粉末 X 射线散射研究了氟掺杂稀土铁砷氧化物系列 SmFeAsO$_{1-x}$F$_x$ (0 $\leq x \leq$ 0.10)。与先前研究一致，母体化合物 SmFeAsO 在 T$\rm{_{S}}$~=~130~K 处呈现四方到正交的结构畸变，该畸变被 $x \simeq$ 0.10 迅速抑制，深处于超导穹顶之内。晶胞对称性的变化之后伴随着在 120~K 处此前未报道的磁弹性畸变。热膨胀系数 $\alpha_{V}$ 的温度依赖性揭示了 SmFeAsO 的丰富相图：(i) 在 125 K 处的全局极小值对应于由泵浦-探测飞秒光谱测得的自旋密度波不稳定性开启，而 (ii) 在 110 K 处的全局极大值对应于由磁性 X 射线散射测得的 Sm 与 Fe 子晶格的磁有序。在远低于 T$\rm{_{N}}$ 的温度下，SmFeAsO 表现出约 -40~ppm~$\cdot$~K$^{-1}$ 的显著负热膨胀，这与其他稀土氧砷化物（如 PrFeAsO）以及锕系氧砷化物 NpFeAsO 不同，后两者中 $\alpha <$ 0 的出现仅在磁有序附近。将此特征与电阻率和晶胞参数的温度及掺杂依赖性相关联，我们将负热膨胀解释为伴随 SDW 能隙开启的巡游电子可能凝聚的标志，这与输运测量一致。