Intra-enhet-cell nematisk laddningsordning i titan-oxypniktidfamiljen av superledare | naturkommunikation

Intra-enhet-cell nematisk laddningsordning i titan-oxypniktidfamiljen av superledare | naturkommunikation

Anonim

ämnen

  • Superledande egenskaper och material

Abstrakt

Att förstå den roll som trasiga symmetritillstånd spelar såsom laddnings-, rotations- och omloppsordningar i mekanismen för framväxande egenskaper, såsom högtemperatur-superledningsförmåga, är ett viktigt aktuellt ämne i materialforskning. Att ordningen kan ligga inom en enhetscell, såsom nematisk, ansågs först nyligen teoretiskt, men dess iakttagelse i järn-pnictid och dopade cuprate-superledare placerar den i framkant av aktuell forskning. Här visar vi att den nyligen upptäckta BaTi 2 Sb 2 O-superledaren och dess moderförening BaTi 2 As 2 O bildar ett symmetri-brytande nematiskt marktillstånd som naturligtvis kan förklaras som en nematisk cell-nematisk laddningsordning med d- våg symmetri, som pekar på fenomenets allestädes närhet. Dessa fynd, tillsammans med de viktigaste strukturella kännetecknen i dessa material som är mellanliggande mellan kuprat- och järn-pniktid-högtemperatursuperledande material, gör titanoxipniktiderna till ett viktigt nytt materialsystem för att förstå beskaffenheten av nematisk ordning och dess förhållande till superledande.

Introduktion

I stället för att vara en avvikande bieffekt i ett eller två cuprate-system anses nu trasiga symmetritillstånd vara utbredda i starkt korrelerade elektronsystem och andra komplexa material. Omfattande studie av manganiterna 1, 2, cuprates 3, 4, järnpnictider 5 och en mängd andra system har gjort det allt tydligare att lokal och global symmetri som bryter i laddnings-, orbital-, gitter- och snurrgraden av frihet är associerade med uppkomsten av framväxande fenomen, såsom kolossal magnetoresistens och högtemperatursupraledningsförmåga (HTSC), men det exakta förhållandet förstås inte. Historiskt sett har studien av sådana trasiga symmetritillstånd varit mycket utmanande. Med cupraterna som ett exempel, åtta år som gått från den första upptäckten av supraledningsförmåga till den första observationen av symmetri-trasig laddningsordning (ränder) i ett system 6, ytterligare 7 år gick innan antydningar fanns i andra 7, 8 och endast inom de senaste 3 åren har laddningsordern börjat dyka upp som ett eventuellt allestädes närvarande drag hos cupratesna 9, 10 .

Flera möjligheter uppstår när man överväger symmetrierna som kan brytas av dessa tillstånd. De flesta laddnings- / spinndensitetsvågor (C / SDW) bryter translationens symmetri på gitteret, viker Brillouin-zonen och resulterar i topp-diffraktionstoppar. Å andra sidan kan orbitalbeställning, där laddningsöverföringar mellan orbitaler centrerade på samma plats, bryta den metriska rotationssymmetrin utan att sänka translationssymmetrin. Exempel är laddnings-nematiska 11 och slingström 12, 13 beställningar i de dopade kopparna. I detta sammanhang definieras nematisk ordning som en som bryter rotationspunktsgruppssymmetrin samtidigt som gittertransversionssymmetrin bevaras. Det faktum att nematiska symmetri-trasiga tillstånd nyligen har upptäckts experimentellt i både cuprate 11 och järnbaserade 14 superledare ökar betydelsen och relevansen av denna observation för HTSC. Det är därför kritiskt viktigt att förstå rollen och allestädes när symmetri brytning, inklusive cell-nematisitet inom enheten, för det superledande fenomenet.

Standardteoretiska behandlingar av HTSC, såsom den effektiva enkelband- t- J- modellen, har vanligtvis ignorerat möjligheten att beställa intra-enhet-celler 15 . När flera atomer per enhetscell uttryckligen inkluderas i teorin, kan kvalitativt olika grundtillståndslösningar hittas 16, vilket understryker subtiliteten och vikten av att redovisa korrekt för detta fenomen. Därför förväntas hitta relaterade men distinkta system som uppvisar detta fenomen kasta nytt ljus på denna kritiska fråga.

Mycket nyligen upptäcktes superledningsförmåga 17, 18, 19 i titan-oxypniktidföreningar, såsom A Ti2Pn20 ( A = Na2, Ba, (SrF) 2, (SmO) 2 ; Pn = As, Sb, Bi ), som är nära strukturella och kemiska kusiner till cuprates och järn-pnictider 20, 21, 22, 23, 24 . I isovalent BaTi 2 (Sb 1– x Bi x ) 2 O och aliovalent Ba 1– x Na x Ti 2 Sb 2 O (ref. 25) pekar muon-rotationsrotation och värmekapacitetsmätningar på helt gapade s - vågsupraledningsförmåga 26, 27, 28 . Intressant nog visar ett antal föreningar i denna familj också starka avvikelser i resistivitet och / eller magnetisk känslighet som antas vara signaturer av symmetri-brytande laddnings- eller spinnordnade marktillstånd 21, 24, 25, 29, 30, vilket antyder att dessa material är utmärkta kandidater för att studera samspelet mellan trasiga symmetritillstånd och supraledningsförmåga. Mot bakgrund av dessa starka transportanomalier är det då ganska förvånande att efterföljande experiment har misslyckats med att avslöja några direkta bevis för ett konventionellt spinn- eller laddningstäthets vågmarktillstånd 26, 27, 31, vilket lämnar frågan om dessa material gör ha symmetri-trasiga marktillstånd.

Här visar vi att superledande BaTi 2 Sb 2 O och dess icke-supraledande moderförening BaTi 2 Som 2 O genomgår verkligen en tetragonal-ortorombisk fasövergång, motsvarande en C4 – C2-symmetri-sänkning, som sker vid temperatur på transportanomalin. Å andra sidan misslyckades mätningar med elektronisk diffraktion med hög känslighet inte att upptäcka några toppar i toppmassan vid låg temperatur, vilket indikerar att denna övergång inte bryter translationell symmetri. Fas med låg temperatur utgör därför ett nematiskt tillstånd. Mot bakgrund av den uttalade uppgången i resistivitet som åtföljer denna nematiska övergång, tillsammans med frånvaron av någon beställd SDW 26, tillskriver vi nematiteten en intra-enhet-cellladningsordning med d- vågsymmetri genom laddningsöverföring mellan angränsande Ti-platser - liknande till det mellan angränsande syreplatser i cuprat-superledare - och upptäcker att det naturligtvis förklarar temperaturberoendet hos gitterkonstanterna. Dessa resultat etablerar denna familj av material som en annan lekplats för att studera symmetribrytande elektroniska faser och deras förhållande till superledningsförmåga.

Resultat

Strukturella och elektroniska egenskaper hos BaTi 2 Pn 2 O

Den grundläggande konstruktionsenheten för BaTi 2 Pn20 är ett plant kvadratnet av titan och syre, i analogi med kopparna (fig. 1a, b), med den avgörande skillnaden att positionerna för metall- och syrejonerna växlas mellan strukturer (den kompletta titanatstrukturen visas som en insats i fig. 2b). I fig. 1 visas kvadratnätet med heldragna linjer längs de närmaste grannbindningarna, med streckade linjer som visar nätet som sammanfogar andra grannjoner. Detta näst närmaste fyrkantiga nät ansluter syrejoner i kopparna, men metalljoner i titanatföreningarna och även i de järnbaserade superledarna (fig. 1c). Således, när det gäller kemi och struktur, överbryggar titanatföreningarna mellan järnhaltiga och cuprat-superledare. Ti 3 d- orbitalerna upptas av en elektron per Ti-atom, som har visat sig befinna sig i ett nominellt 1/4-fyllt band bildat genom hybridisering av d xy och

orbitaler för Ti (1) / Ti (2) -jonerna (definierade i Fig. Ib). Den lokala geometrien för Ti (1) -stället visas i fig. Ld och arrangemanget av d- energinivåerna visas i fig. Le.

( a - c ) Plana motiv i cuprates, titaniumoxypnictides respektive järnpnictides. Massiva grå linjer visar det metalliska anjonkvadratnätet och prickade svarta linjer visar kvadratnätet hos näst närmaste grannatomer. + Och − -signalerna i b och c betecknar Atomer som är respektive över och under planet. ( d ) TiO 2 Pn4- oktaedriska motiv som finns i BaTi 2 Pn20. ( e ) Schema över Ti3d -orbitalenerginivåerna för de två distinkta Ti-platserna märkta i b, Ti (1) och Ti (2). De två lägst liggande orbitalerna markerade i rött bildar två band upptagna av en elektron per Ti.

Bild i full storlek

( a ) Elektrisk resistivitet för BaTi 2 (Som 1− x Sb x ) 2 O, normaliserat av rumstemperaturresistiviteten. Pilar indikerar avvikelsen som diskuteras i texten. ( b ) Fasdiagram över BaTi 2 Pn 2 O visad som en funktion av Pn 3- jonisk diameter. Trasiga linjer är guider för ögat. Felstängerna som följer med de röda cirklarna kommer från den instrumentella lågtemperaturgränsen på 1, 8 K. Insats: tetragonal kristallstruktur för BaTi 2 Pn20.

Bild i full storlek

Vidare påminner fasdiagrammet (Fig. 2b) starkt påminnande om cuprates och järnbaserade superledare, med superledningsförmåga som uppträder på dopnings- och transportbeteende som starkt tyder på en konkurrerande elektronisk övergång såsom bildandet av en CDW eller SDW 21, 24 . Transporten är metallisk vid hög temperatur 21 med en positiv resistivitetslutning mot temperatur (fig. 2a). Vid kylning hittas emellertid en uttalad uppgång i resistiviteten för alla x i den fasta lösningen BaTi 2 Som 1 - x Sb x O. Funktionen inträffar vid en temperatur Ta som minskar monotoniskt från 200 K för x = 0 till 50 K för x = 1, med supraledningsförmåga som visas under ~ 1 K för antimon-slutmedlet och ökar till 5 K för BaTi 2 Bi2O (ref 19, 24). Anomalier i magnetisk känslighet och specifik värme observeras också 21 vid Ta .

Beräkningar av densitetsfunktionsteori (DFT) för BaTi 2 Sb 2 O förutspådde en instabilitet gentemot en bicollinär SDW-formation 32, 33 eller ett motsvarande CDW- jordtillstånd drivet av ett instabilt fononläge som fördubblar enhetscellen genom att förvrida Ti-rutorna och bevarar tetragonal symmetri 34 . Möjligheten för SDW-bildning i BaTi 2 (As, Sb) 2 O, antingen i motsvarande grad eller ojämnt, uteslutes därefter av muon-spin-relaxation och 121/123 Sb- kärnresonansmätningar, som slutligen visar att ingen magnetisk ordning utvecklas vid någon temperaturundersökning 26, 27, 31 . Å andra sidan bör en konventionell CDW vara uppenbar genom en tillhörande strukturell distorsion. Emellertid fann initiala elektron- och neutrondiffraktionsstudier på Sb-slutet 26 inte någon trasig symmetri eller någon signatur av bildning av supergitter vid låga temperaturer, och ingen CDW-gapbildning observerades i vinkelupplösta fotoemissionsmätningar av de kapslade Fermi-ytorna (även om en liten depression av tätheten av tillstånd vid andra momenta befanns korrelera i temperatur med resistivitetsanomalin 35 ). Möjligheten till en okommensurad CDW utesluts också genom kärnresonansmätningar på 121/123 Sb 31 .

Neutronpulverdiffraktionsmätningar

I avsaknad av bevis för en långsiktigt beställd CDW, genomförde vi en neutrondiffraktion och total spridningsmätning på BaTi 2 Sb 2 O med en tät uppsättning temperaturpunkter för att söka bevis för en möjlig kortdistansbeställd CDW 36, 37 . Vi utökade också utredningen till den tidigare ostudierade BaTi 2 As 2 O slutmedlemmen. Oväntat hittade vi en långväg strukturell fasövergång vid Ta . Rumstemperaturmätningar av BaTi 2 Som 2 O bekräftar den tetragonala P 4 / mmm rymdgruppssymmetrin som tidigare rapporterats från röntgendiffraktion 21 . Vid kylning genom Ta observerar vi emellertid en distinkt uppdelning av (200) / (020) och (201) / (021) Bragg-topparna, vilket representerar den första observationen av en symmetri-sänkning vid samma temperatur som resistivitetsavvikelsen i BaTi 2 Som 2 O. Detta visas i fig. 3, som jämför de höga och låga temperaturen Bragg-topparna i panel (a) och visar deras temperaturutveckling i panel (b). (200) toppen vid 2, 02 Å börjar bredda sig under 200 K, sammanfaller med Ta och verkar delas vid de lägsta temperaturerna. På samma sätt visar toppen (201) vid 1, 94 Å uppenbar uppdelning när temperaturen sänks. Dessa observationer visar att BaTi 2 As 2O genomgår en långsiktig ordnad strukturell fasändring vid Ta , och sänker dess symmetri från tetragonal till orthorhombic.

( a ) Jämförelse av normaliserade intensiteter på 300 K (röd) och 20 K (blå) data kring (200) och (201) reflektioner i P 4 / mmm- inställning. ( b ) Vattenfallsdiagram över det studerade temperaturområdet. 20 K-data (blå symboler) visas med en passform (blå helt linje) för den förfinade Pmmm- modellen. Motsvarande skillnadskurva visas som den gröna, fulla linjen nedan. Stjärnan markerar (200) / (020) reflektionerna av BaTiO 3- föroreningsfasen.

Bild i full storlek

För att undersöka den strukturella övergången mer detaljerat utförde vi Le Bail 38 förfining vid alla temperaturer. Vi använde överordnade P 4 / mmm- modellen för T ≥200 K. Den enklaste möjliga symmetri-brytande distorsionsläget för moder- P 4 / mmm- strukturen överensstämmer med den observerade toppdelningen är ett läge som bryter degenerationen av a - och b -axar utan att på annat sätt förskjuta atomer i enhetscellen, vilket resulterade i en rymdgruppssymmetri av Pmmm , som användes för T <200 K. Vi undersökte också andra kandidatortorhombiska strukturer med lägre symmetri, men eftersom dessa strukturer inte förbättrar passformen kvalitet inom upplösningsbegränsningarna för aktuell data, är Pmmm det mest lämpliga valet. Vi visar resultaten av dessa förbättringar i fig. 4. Som framgår av panel (b), delas den tetragonala axeln tydligt under T ~ 200 K, med en maximal ortorombisk uppdelning på ~ 0, 01 Å. Ortorhombicitetsparametern η = 2 × ( a - b ) / ( a + b ) visas i insatsen av panelen (a), vilket indikerar en maximal ortorombicitet på ~ 0, 22%. Panelen (a) visar också temperaturberoendet för c- axelparametern, som uppvisar en uppgång under den strukturella övergången som avviker från den linjära termiska sammandragningstrend som ses för T > 200 K. Samma typ av c- axelsvar följer också med långsiktigt beställd randbildning i nickelaterna 36 . Ytterligare detaljer beträffande Rietveld förfining av BaTi 2 As 2 O kan hittas i kompletterande anmärkning 1. Den supraledande BaTi 2 Sb 2 O visar kvalitativt samma beteende, om än med en amplitud minskat med en faktor ~ 5, med en ortorombisk uppdelning (0, 05 %) och en liten men observerbar c- axeluppgång som uppträder vid kylning genom Ta = 50 K. Den odistorerade P 4 / mmm- modellen kan användas med måttlig framgång vid alla temperaturer, men Pmmm- modellen ger bättre passning under 50 K (se Kompletterande anmärkning 2). Parfördelningsfunktionsanalys överensstämmer med dessa observationer för båda föreningarna och kan hittas i kompletterande anmärkning 3.

( a ) Gitterparameter c (röd). ( b ) Gitterparametrar a , b (blå). Insatser: orthorhombicity η = 2 × ( a - b ) / ( a + b ) (vänster) och enhetscellvolym (höger). Vertikal streckad grå linje indikerar övergångstemperatur. Streckad röd linje är en guide för ögonen. Felfält representerar den uppskattade standardavvikelsen för motsvarande förfinade parameter.

Bild i full storlek

Dessa resultat erbjuder tvingande bevis på att det observerade strukturella svaret är nära relaterat till transportanomalin och kan drivas av en trasig symmetri av det elektroniska systemet som bildas vid den temperaturen. Den lilla distorsionsamplituden i BaTi 2 Sb 2 O förklarar varför denna långsiktiga strukturfasförändring undkom meddelandet i tidigare neutrondiffraktionsmätningar 26 .

Elektrondiffraktionsmätningar

Eftersom bildning av CDW är inblandad, gjorde vi en speciell ansträngning för att söka efter utseendet på svaga supergittertoppar associerade med en begränsad CDW-vågvektor i elektrondiffraktionsmönster (ED) -mönster under Ta . Den ursprungliga studien på antimon slutmedlet misslyckades med att observera toppgaller toppar 26 . Här koncentrerade vi oss på den arseniska slutleden där den strukturella snedvridningen är fem gånger större, och ED-mönstren var kraftigt överexponerade för att söka efter något svagt svar vid intensiteter nära bakgrund. Trots dessa ansträngningar avslöjade ED-mönstren tagna längs riktningarna [001] och [011] inga toppar i toppmassan vid låg temperatur, såsom visas i fig. 5. I en mycket liten del av provet i omedelbar närhet av korngränser observeras svaga supergittertoppar med Q = (1/2, 0, 0) vid låg temperatur. Detta icke-bulk-beteende undersöks ytterligare i kompletterande anmärkning 4.

( a ) Diffraktionsmönster med den infallande strålen längs [001] och ( b ) längs [011] riktningarna. Inga superlattice toppar observeras vid låg temperatur även efter kraftigt överexponering.

Bild i full storlek

Diskussion

En bild framträder av en C4 – C2-symmetribrytning som inträffar med en åtföljande stark uppsving i resistivitet, men utan motsvarande CDW-superlattice-toppar dyker upp. Resistivuppgången är större än vad som skulle kunna förväntas som ett passivt svar från det elektroniska systemet på den strukturella övergången, uppburet av en standard DFT-beräkning med den observerade orthorhombicitetsparametern η = 0, 22%, vilket visade att bara 0, 0003 elektroner överförs från Ti ( 1) till Ti (2). I samband med tidigare diskussion 18, 21 föreslår vi därför att den strukturella övergången är ett svar på en instabilitet i det elektroniska systemet. De tidigare muon-spin-relaxationsresultaten 26, 27, tillsammans med ED-mätningarna, tillåter oss att utesluta de befintliga förslagen för SDW-bildning 32, 33 eller en fonondriven CDW 34 . Istället impliceras en laddning-nematisk elektronisk symmetri-brytning inom enhetsceller, liknande den som föreslagits för dopade cuprates 39 .

I det aktuella fallet, en omfördelning av avgifter mellan orbitala tillstånd på plats på Fermi-nivå,

till d xy , bryter inte rotationssymmetrin, så kan uteslutas. I stället förklarar en enkel men ny laddningsordning för intraenhet-cell (IUC-CO) naturligtvis den observerade fenomenologin. En överföring av laddning från Ti (1) till Ti (2) (se fig. 1b) sänker rotationssymmetrin för Ti20-plaketten lokalt från C4 till C2, med påverkan på den totala gitter-symmetrin beroende på beställningen mönster av de distinkta Ti-jonerna i angränsande enhetsceller. Att upprepa den symmetri-sänkta plaquetten jämnt längs a- och b- riktningarna resulterar i ingen förändring av enhetscellen, men bryter den metriska symmetrin från C4 i P4 / mmm till C2 i Pmmm , som observerats experimentellt. Detta arrangemang av laddningar kan följaktligen beskrivas som en nematisk IUC-CO. Våra data överensstämmer därför med bildningen av denna typ av laddningsorder vid kylning genom Ta . En sådan modell överensstämmer också med brytningen av C4- symmetri på Pn- stället som har observerats från 121/123 Sb- kärnresonansmätningar 31 .

Denna nematiska IUC-CO föredras energiskt på Coulombic-grunder om Hubbard-energin U på plats är tillräckligt liten, vilket är ett rimligt antagande eftersom systemet är en metall snarare än en Mott-isolator. Den lilla Hubbard U uppstår från betydande screening på grund av solvationseffekten av de höga polariserbarheterna för As 3− och Sb 3− anjoner, som är en storleksordning större än den för O 2− . Dessutom ligger As- och Sb-jonerna på ett lägre symmetrisäte i Pmmm- strukturen, vilket förbättrar effekterna av deras polariserbarhet. Denna fysik föreslogs i en tidigare studie av järn-pnictid-superledarna 40 . Återvända till det nuvarande systemet kommer överföringen av en laddning av 5 från Ti (1) till Ti (2) att resultera i en sänkning av den elektrostatiska energin, V (1– 5 ) (1+ 5 ) = V (1– 5) 2 ), där V är den screenade Coulombic-interaktionen mellan Ti-ställen och är positiv. Resultatet är laddningsordning med en d- vågsymmetri 41 med tecknet på den modulerade laddningstätheten som varierar som - + - + runt plaquetten. Från plaquette till plaquette kan orienteringen av distorsionens axel vara parallell eller vinkelrät och bilda en ferro- eller anti-ferro-typordning, vilket skulle bevara respektive bryta translationell symmetri. Den förstnämnda överensstämmer med de experimentella observationerna i detta material. Vi föreslår att den ganska styva ansiktsdelade oktaedraltopologin i varje skikt gynnar den enhetliga järnvägen över anti-ferrobeställningen. Det är anmärkningsvärt att detta V är motsvarigheten till den Coulumbic avstötning V pp mellan angränsande syreatomer i CuO 2- planet, som visade sig driva IUC nematisk ordning i icke-stökiometriska dopade cuprater 42 . Följaktligen ger de nuvarande resultaten som erhållits på dessa stökiometriska material (sålunda med mindre tvetydighet, såsom störningseffekter) insikt i ursprunget till IUC nematisk ordning i cupraten.

Denna nematiska IUC-CO förklarar naturligt de observerade förändringarna i a- och c- gitterparametrarna. Överföring av laddning från Ti (1)

orbital till Ti (2)

resulterar i ökad elektrostatisk avstötning mellan de laddningsrika

orbitaler som sträcker sig längs a- axeln, bryter tetragonal degeneration av a- och b- axlarna och leder till den observerade orthorhombiska distorsionen. Vidare kan en enhetlig stapling av IUC-CO i varje skikt också förklara svaret från c- gitterparametern, som expanderar vid inmatning av det laddningsordnade tillståndet (fig. 4a). Denna gitterutvidgning kan delvis tillskrivas ökad elektrostatisk avstötning mellan Ti-joner mellan skikten från den överförda laddningen. Nettoenergibidraget är V ′ [(1+ δ ) 2 + (1– 5 ) 2 ] = V ′ (2 + 2 δ 2 ), där V the är den mellanlagrade screenade Coulombic-interaktionen. Detta fungerar utöver andra elastiska energibidrag.

De strukturella effekterna som observerats vid kylning är mycket mindre i BaTi 2 Sb 2 O än BaTi 2 As 2 O, vilket antyder att IUC-CO är relativt undertryckt både i amplitud och temperatur. Detta kan vara ett resultat av den större enhetscellen i Sb-föreningen på grund av dess större Sb 3- joniska diameter (2, 25 mot 1, 98 Å för As 3− ; ref. 18), vilket resulterar i en mindre V.

För att identifiera den mikroskopiska drivkraften för denna nematiska instabilitet presenterar vi en symmetri-baserad nollordningsanalys där endast de ledande energivågen bibehålls. Ti-atomer är belägna i mitten av en förvrängd oktaeder med syre vid apices och pnictidatomer runt ekvatorialplanet, såsom visas i fig. 1d för Ti (1). Ti3d-energinivåerna illustreras i fig. 1e, liknande fallet med nästan isostrukturella (LaO) 2 CoSe20 (ref. 43). Den nominella elektronupptagningen är en elektron per Ti-atom, som skulle ha tilldelats de lokalt lägst liggande

och

orbitaler på Ti (1) respektive Ti (2) joner. Emellertid bildar σ-bindningen mellan Ti (1) och Ti (2) d xy orbitalerna ett relativt brett band som överlappar den lokalt lägsta nivån. Därför involverar minimimodellen för titaniumoxypnictiderna de två orbitalerna:

och d xy på Ti (1) och

och d xy på Ti (2). Eftersom d xy- orbitalet har samma påverkan på både a- och b- riktningen, bestäms C4 - C2- symmetrin som sänker runt den centrala syreatomen huvudsakligen av laddningsobalansen mellan den kvasi-en-dimensionella

band på Ti (1) och

på Ti (2) som ett resultat av Stoner-instabiliteten 42 . Utan tvekan kommer denna mekanism att kompliceras av hybridisering och andra problem, men denna symmetri-baserade analys ger lämplig realistisk utgångspunkt. Eftersom den föreslagna nematiska laddningsordningen för nematisk cellcell elegant förklarar alla observerade strukturella effekter, förväntas det vara det elektroniska marktillståndet BaTi 2 Pn20.

metoder

Neutronpulverdiffraktion

Pulverprover av BaTi 2 As 2 O och BaTi 2 Sb20 framställdes via konventionella fast tillstånd-reaktionsmetoder. Detaljer för syntesen ges i en tidigare studie 26 . Time-of-flight neutrons totala spridningsexperiment utfördes vid Neutron Powder Diffractometer vid Los Alamos Neutron Science Center (LANSCE) vid Los Alamos National Laboratory. Data samlades in med ett kylskåp med slutet cykel vid temperaturer mellan 10–300 K i steg om 10 K nära den strukturella övergången och 25 K från övergången över ett brett spektrum av momentöverföring Q. Le Bail 38 passade till intensitetsprofilerna utfördes med GSAS 44 på EXPGUI-plattformen 45 . Parfördelningsfunktionsprofiler (PDF) -profiler erhölls genom att Fourier transformerade den uppmätta totala spridningsintensiteten upp till en maximal momentumöverföring av Q max = 24 Å −1 med användning av etablerade protokoll 46, 47 som implementerades i programmet PDFgetN 48 . Le Bail-passningarna användes för att extrahera gitterparametrar och rymdgruppssymmetri, PDF passar för att extrahera atomförskjutningsparametrar. Analys av symmetriläge med användning av programmet ISODISTORT 49 genomfördes för att identifiera kandidatförvrängda strukturer.

Elektrondiffraktion och DFT-beräkningar

Elektrondiffraktionsmönster registrerades med användning av ett JEOL ARM 200CF transmissionselektronmikroskop (TEM), som opererades vid 200 keV, vid Brookhaven National Laboratory. TEM-proverna framställdes genom att krossa pulverprover i tunna flingor som var transparenta för elektronstrålen, vilka uppbärdes av ett spetsigt kolkoppargitter. DFT-beräkningar utfördes inom den generaliserade gradientberäkningen som implementerades i Wien2k-programvarupaket 50 .

Ytterligare information

Hur man citerar denna artikel: Frandsen, BA et al. Nematisk laddningsordning inom enheten enhet-cell i titan-oxypniktidfamiljen av superledare. Nat. Commun. 5: 5761 doi: 10.1038 / ncomms6761 (2014).

Kompletterande information

PDF-filer

  1. 1.

    Kompletterande information

    Kompletterande figurer 1-4, kompletterande anmärkningar 1-4 och kompletterande referenser

kommentarer

Genom att skicka en kommentar samtycker du till att följa våra villkor och gemenskapsriktlinjer. Om du finner något missbruk eller som inte överensstämmer med våra villkor eller riktlinjer ska du markera det som olämpligt.