Enhanced superconductivity in surface-electron-doped iron pnictide Ba(Fe1.94Co0.06)2As2

김창영(서울대 물리천문학부) 교수 연구진은, 철-닉토겐 초전도체에 알칼리금속인 칼륨과 나트륨 원자를 표면에 붙여 전자 도핑하는 방법을 최초로 적용, 임계온도를 끌어올리는데 성공했다. 또한 연구진은 철-닉토겐 초전도체의 임계온도와 전자의 운동량․운동에너지 측정값들을 분석한 결과, 철-닉토겐 초전도체의 초전도성 발현에 중요하게 여겨졌던‘네스팅 조건’(nesting condition)이 관련 없음을 처음으로 밝혔다. 이로써 철-칼코겐 초전도체와 철-닉토겐 초전도체의 초전도성을 동일한 원리로 설명하는 이론의 토대를 마련했다. 김창영 교수, 김용관 교수와 경원식 박사(연수연구원)의 본 연구 성과는 과학저널 네이처 머티리얼즈(Nature Materials, IF 38.891)에 8월 16일자로 온라인 게재됐다.
The superconducting transition temperature (TC) in a FeSe monolayer on SrTiO3 is enhanced up to 100 K. High TC is also found in bulk iron chalcogenides with similar electronic structure to that of monolayer FeSe, which suggests that higher TC may be achieved through electron doping, pushing the Fermi surface (FS) topology towards leaving only electron pockets. Such observation, however, has been limited to chalcogenides and is in contrast with the iron pnictides for which the maximum TC is achieved with both hole and electron pockets forming considerable FS nesting instability. Here, we report angle-resolved photoemission (ARPES) characterization revealing a monotonic increase of TC from 24 to 41.5 K upon surface doping on optimally doped Ba(CoxFe1-x)2As2. The doping changes the overall FS topology towards that of chalcogenides through a rigid downward band shift. Our findings suggest that higher electron doping and concomitant changes in FS topology are favorable conditions for the superconductivity, not only for iron chalcogenides but also for iron pnictides.