Skip to main content
SpringerLink
Log in

Universal behavior of the upper critical field in iron-based superconductors

  • Review Article
  • Published:
Frontiers of Physics Aims and scope Submit manuscript

Abstract

The newly discovered iron-based high temperature superconductors have demonstrated rich physical properties. Here we give a brief review on the recent studies of the upper critical field and its anisotropy in a few typical series of the iron-based superconductors (FeSCs). In spite of their characters of a layered crystal structure, all the FeSCs possess an extremely large upper critical field and a weak anisotropy of superconductivity, being unique among the layered superconductors. These particular properties indicate potential applications of the FeSCs in the future. Based on the experimental facts of the FeSCs, we will discuss the possible mechanisms of pair breaking in high magnetic fields and its restrictions on the theoretical analysis of the superconducting pairing mechanisms.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Log in via an institution

Price excludes VAT (USA)
Tax calculation will be finalised during checkout.

Instant access to the full article PDF.

Institutional subscriptions

Similar content being viewed by others

References

  1. Y. Kamihara, T. Watanabe, M. Hirano, and H. Hosono, J. Am. Chem. Soc., 2008, 130(11): 3296

    Article  Google Scholar 

  2. X. H. Chen, T. Wu, G. Wu, R. H. Liu, H. Chen, and D. F. Fang, Nature, 2008, 453(7196): 761

    Article  ADS  Google Scholar 

  3. G. F. Chen, Z. Li, D. Wu, G. Li, W. Z. Hu, J. Dong, P. Zheng, J. L. Luo, and N. L. Wang, Phys. Rev. Lett., 2008, 100(24): 247002

    Article  ADS  Google Scholar 

  4. H. H. Wen, G. Mu, L. Fang, H. Yang, and X. Zhu, Europhys. Lett., 2008, 82(1): 17009

    Article  ADS  Google Scholar 

  5. Z. A. Ren, W. Lu, J. Yang, W. Yi, X. L. Shen, Z. C. Li, G. C. Che, X. L. Dong, L. L. Sun, F. Zhou, and Z. X. Zhao, Chin. Phys. Lett., 2008, 25(7): 2215

    Article  ADS  Google Scholar 

  6. C. Wang, L. Li, S. Chi, Z. Zhu, Z. Ren, Y. Li, Y. Wang, X. Lin, Y. Luo, S. Jiang, X. X. Xu, G. Cao, and Z. A. Xu, Europhys. Lett., 2008, 83(6): 67006

    Article  ADS  Google Scholar 

  7. M. Rotter, M. Tegel, and D. Johrendt, Phys. Rev. Lett., 2008, 101(10): 107006

    Article  ADS  Google Scholar 

  8. A. S. Sefat, R. Jin, M. A. McGuire, B. C. Sales, D. J. Singh, and D. Mandrus, Phys. Rev. Lett., 2008, 101(11): 117004

    Article  ADS  Google Scholar 

  9. F. C. Hsu, J. Y. Luo, K. W. Yeh, T. K. Chen, T. W. Huang, P. M. Wu, Y. C. Lee, Y. L. Huang, Y. Y. Chu, D. C. Yan, and M. K. Wu, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2008, 105(38): 14262

    Article  ADS  Google Scholar 

  10. M. H. Fang, H. M. Pham, B. Qian, T. J. Liu, E. K. Vehstedt, Y. Liu, L. Spinu, and Z. Q. Mao, Phys. Rev. B, 2008, 78(22): 224503

    Article  ADS  Google Scholar 

  11. J. H. Tapp, Z. Tang, B. Lv, K. Sasmal, B. Lorenz, P. C. W. Chu, and A. M. Guloy, Phys. Rev. B, 2008, 78(6): 60505

    Article  ADS  Google Scholar 

  12. X. C. Wang, Q. Q. Liu, Y. X. Lv, W. B. Gao, L. X. Yang, R. C. Yu, F. Y. Li, and C. Q. Jin, Solid State Commun., 2008, 148(11–12): 538

    Article  ADS  Google Scholar 

  13. D. R. Parker, M. J. Pitcher, P. J. Baker, I. Franke, T. Lancaster, S. J. Blundell, and S. J. Clarke, Chem. Commun., 2009, (16): 2189

  14. J. J. Guo, S. F. Jin, G. Wang, S. C. Wang, K. X. Zhu, T. T. Zhou, M. He, and X. L. Chen, Phys. Rev. B, 2010, 82(18): 180520

    Article  ADS  Google Scholar 

  15. M. H. Fang, H. D. Wang, C. H. Dong, Z. J. Li, C. M. Feng, J. Chen, and H. Q. Yuan, Europhys. Lett., 2011, 94(2): 27009

    Article  ADS  Google Scholar 

  16. A. Krzton-Maziopa, Z. Shermadini, E. Pomjakushina, V. Pomjakushin, M. Bendele, A. Amato, R. Khasanov, H. Luetkens, and K. Conder, J. Phys.: Condens. Matter, 2011, 23(5): 052203

    ADS  Google Scholar 

  17. A. F. Wang, J. J. Ying, Y. J. Yan, R. H. Liu, X. G. Luo, Z. Y. Li, X. F. Wang, M. Zhang, G. J. Ye, P. Cheng, Z. J. Xiang, and X. H. Chen, Phys. Rev. B, 2011, 83(6): 060512

    Article  ADS  Google Scholar 

  18. H. D. Wang, C. H. Dong, Z. J. Li, Q. H. Mao, S. S. Zhu, C. M. Feng, H. Q. Yuan, and M. H. Fang, Europhys. Lett., 2011, 93(4): 47004

    Article  ADS  Google Scholar 

  19. N. P. Armitage, P. Fournier, and R. L. Greene, Rev. Mod. Phys., 2010, 82(3): 2421

    Article  ADS  Google Scholar 

  20. I. I. Mazin, D. J. Singh, M. D. Johannes, and M. H. Du, Phys. Rev. Lett., 2008, 101(5): 57003

    Article  ADS  Google Scholar 

  21. K. Seo, B. A. Bernevig, and J. P. Hu, Phys. Rev. Lett., 2008, 101(20): 206404

    Article  ADS  Google Scholar 

  22. C. H. Lee, A. Iyo, H. Eisaki, H. Kito, M. T. Fernandez-Diaz, T. Ito, K. Kihou, H. Matsuhata, M. Braden, and K. Yamada, J. Phys. Soc. Jpn., 2008, 77(8): 083704

    Article  ADS  Google Scholar 

  23. H. Okabe, N. Takeshita, K. Horigane, T. Muranaka, and J. Akimitsu, Phys. Rev. B, 2010, 81(20): 205119

    Article  ADS  Google Scholar 

  24. Q. Huang, J. Zhao, J. W. Lynn, G. F. Chen, J. L. Luo, N. L. Wang, and P. C. Dai, Phys. Rev. B, 2008, 78(5): 054529

    Article  ADS  Google Scholar 

  25. J. H. Chu, J. G. Analytis, C. Kucharczyk, and I. R. Fisher, Phys. Rev. B, 2009, 79(1): 014506

    Article  ADS  Google Scholar 

  26. C. H. Dong, H. D. Wang, Z. J. Li, J. Chen, H. Q. Yuan, and M. H. Fang, arXiv:1012.5188, 2010

  27. T. Park, E. Park, H. Lee, T. Klimczuk, E. D. Bauer, F. Ronning, and J. D. Thompson, J. Phys.: Condens. Matter, 2008, 20(32): 322204

    Google Scholar 

  28. P. L. Alireza, Y. T. Ko, J. Gillett, C. M. Petrone, J. M. Cole, G. G. Lonzarich, and S. E. Sebastian, J. Phys.: Condens. Matter, 2009, 21(1): 012208

    ADS  Google Scholar 

  29. R. H. Liu, X. G. Luo, M. Zhang, A. F. Wang, J. J. Ying, F. Wang, Y. J. Yan, Z. J. Xiang, P. Cheng, G. J. Ye, Z. Y. Li, and X. H. Chen, Europhys. Lett., 2011, 94(2): 27008

    Article  ADS  Google Scholar 

  30. Z. Shermadini, A. Krzton-Maziopa, M. Bendele, R. Khasanov, H. Luetkens, K. Conder, E. Pomjakushina, S. Weyeneth, V. Pomjakushin, O. Bossen, and A. Amato, Phys. Rev. Lett., 2011, 106(11): 117602

    Article  ADS  Google Scholar 

  31. W. Bao, Q. Huang, G. F. Chen, M. A. Green, D. M. Wang, J. B. He, X. Q. Wang, and Y. Qiu, Chin. Phys. Lett., 2011, 28(8): 086104

    Article  ADS  Google Scholar 

  32. Y. J. Yan, M. Zhang, A. F. Wang, J. J. Ying, Z. Y. Li, W. Qin, X. G. Luo, J. Q. Li, J. P. Hu, and X. H. Chen, arXiv:1104.4941, 2011

  33. W. Bao, G. N. Li, Q. Huang, G. F. Chen, J. B. He, M. A. Green, Y. Qiu, D. M. Wang, and J. L. Luo, arXiv:1102. 3674, 2011

  34. B. Shen, B. Zeng, G. F. Chen, J. B. He, D. M. Wang, H. Yang, and H. H. Wen, Europhys. Lett., 2011, 96(3): 37010

    Article  ADS  Google Scholar 

  35. Z. Wang, Y. J. Song, H. L. Shi, Z. W. Wang, Z. Chen, H. F. Tian, G. F. Chen, J. G. Guo, H. X. Yang, and J. Q. Li, Phys. Rev. B, 2011, 83(14): 140505

    Article  ADS  Google Scholar 

  36. F. J. Ma, Z. Y. Lu, and T. Xiang, Front. Phys. China, 2010, 5(2): 150

    Article  ADS  Google Scholar 

  37. D. J. Singh and M. H. Du, Phys. Rev. Lett., 2009, 100(23): 237003

    Article  ADS  Google Scholar 

  38. X. F. Wang, T. Wu, G. Wu, H. Chen, Y. L. Xie, J. J. Ying, Y. J. Yan, R. H. Liu, and X. H. Chen, Phys. Rev. Lett., 2009, 102(11): 117005

    Article  ADS  Google Scholar 

  39. N. R. Werthamer, E. Helfand, and P. C. Hohenberg, Phys. Rev., 1966, 147(1): 295

    Article  ADS  Google Scholar 

  40. B. S. Chandrasekhar, Appl. Phys. Lett., 1962, 1(1): 7

    Article  ADS  Google Scholar 

  41. A. M. Clogston, Phys. Rev. Lett., 1962, 9(6): 266

    Article  ADS  Google Scholar 

  42. G. Fuchs, S. L. Drechsler, N. Kozlova, M. Bartkowiak, J. E. H. Borrero, G. Behr, K. Nenkov, H. H. Klauss, H. Maeter, A. Amato, H. Luetkens, A. Kwadrin, R. Khasanov, J. Freudenberger, A. Köhler, M. Knupfer, E. Arushanov, H. Rosner, B. Büchner, and L. Schultz, New J. Phys., 2009, 11(7): 075007

    Article  ADS  Google Scholar 

  43. K. Maki, Phys. Rev., 1966, 148(1): 362

    Article  ADS  Google Scholar 

  44. P. Fulde and R. A. Ferrell, Phys. Rev., 1964, 135(3A): A550

    Article  ADS  Google Scholar 

  45. A. I. Larkin and Y. N. Ovichinnikov, Zh. Eksp. Teor. Fiz., 1964, 47: 1136

    Google Scholar 

  46. A. S. Sefat, M. A. McGuire, B. C. Sales, R. Jin, J. Y. Howe, and D. Mandrus, Phys. Rev. B, 2008, 77(17): 174503

    Article  ADS  Google Scholar 

  47. G. F. Chen, Z. Li, G. Li, J. Zhou, D. Wu, J. Dong, W. Z. Hu, P. Zheng, Z. J. Chen, H. Q. Yuan, J. Singleton, J. L. Luo, and N. L. Wang, Phys. Rev. Lett., 2008, 101(5): 057007

    Article  ADS  Google Scholar 

  48. Y. Jia, P. Cheng, L. Fang, H. Luo, H. Yang, C. Ren, L. Shan, C. Gu, and H. H. Wen, Appl. Phys. Lett., 2008, 93(3): 032503

    Article  ADS  Google Scholar 

  49. N. Ni, S. L. Budko, A. Kreyssig, S. Nandi, G. E. Rustan, A. I. Goldman, S. Gupta, J. D. Corbett, A. Kracher, and P. C. Canfield, Phys. Rev. B, 2008, 78(1): 014507

    Article  ADS  Google Scholar 

  50. F. Hunte, J. Jaroszynski, A. Gurevich, D. C. Larbalestier, R. Jin, A. S. Sefat, M. A. McGuire, B. C. Sales, D. K. Christen, and D. Mandrus, Nature, 2008, 453(7197): 903

    Article  ADS  Google Scholar 

  51. H. Ding, P. Richard, K. Nakayama, K. Sugawara, T. Arakane, Y. Sekiba, A. Takayama, S. Souma, T. Sato, T. Takahashi, Z. Wang, X. Dai, Z. Fang, G. F. Chen, J. L. Luo, and N. L. Wang, Europhys. Lett., 2008, 83(4): 47001

    Article  ADS  Google Scholar 

  52. L. Zhao, H. Y. Liu, W. T. Zhang, J. Q. Meng, X. W. Jia, G. D. Liu, X. L. Dong, G. F. Chen, J. L. Luo, N. L. Wang, G. L. Wang, Y. Zhou, Y. Zhu, X. Y. Wang, Z. X. Zhao, Z. Y. Xu, C. T. Chen, and X. J. Zhou, Chin. Phys. Lett., 2008, 25: 4402

    Article  ADS  Google Scholar 

  53. K. Nakayama, T. Sato, P. Richard, Y. M. Xu, Y. Sekiba, S. Souma, G. F. Chen, J. L. Luo, N. L. Wang, H. Ding, and T. Takahashi, Europhys. Lett., 2009, 85(6): 67002

    Article  ADS  Google Scholar 

  54. J. Jaroszynski, F. Hunte, L. Balicas, Y. J. Jo, I. Raiccaronevicacute, A. Gurevich, D. C. Larbalestier, F. F. Balakirev, L. Fang, P. Cheng, Y. Jia, and H. H. Wen, Phys. Rev. B, 2008, 78(17): 174523

    Article  ADS  Google Scholar 

  55. H. S. Lee, M. Bartkowiak, J. H. Park, J. Y. Lee, J. Y. Kim, N. H. Sung, B. K. Cho, C. U. Jung, J. S. Kim, and H. J. Lee, Phys. Rev. B, 2009, 80(14): 144512

    Article  ADS  Google Scholar 

  56. H. Q. Yuan, J. Singleton, F. F. Balakirev, S. A. Baily, G. F. Chen, J. L. Luo, and N. L. Wang, Nature, 2009, 457(7229): 565

    Article  ADS  Google Scholar 

  57. M. Tinkham, Introduction to Superconductivity, 2nd Ed., New York: McGraw-Hill, 1996

    Google Scholar 

  58. A. Gurevich, Phys. Rev. B, 2003, 67(18): 184515

    Article  ADS  Google Scholar 

  59. V. Gasparov, L. Drigo, A. Audouard, D. Sun, C. Lin, S. Bud Ko, P. Canfield, F. Wolff-Fabris, and J. Wosnitza, JETP Lett., 2011, 93: 11667

    Google Scholar 

  60. M. Kano, Y. Kohama, D. Graf, F. Balakirev, A. S. Sefat, M. A. Mcguire, B. C. Sales, D. Mandrus, and S. W. Tozer, J. Phys. Soc. Jpn., 2009, 78(8): 84719

    Article  Google Scholar 

  61. S. A. Baily, Y. Kohama, H. Hiramatsu, B. Maiorov, F. F. Balakirev, M. Hirano, and H. Hosono, Phys. Rev. Lett., 2009, 102(11): 117004

    Article  ADS  Google Scholar 

  62. M. H. Fang, J. H. Yang, F. F. Balakirev, Y. Kohama, J. Singleton, B. Qian, Z. Q. Mao, H. Wang, and H. Q. Yuan, Phys. Rev. B, 2010, 81(2): 20509

    Article  ADS  Google Scholar 

  63. H. C. Lei, R. W. Hu, E. S. Choi, J. B. Warren, and C. Petrovic, Phys. Rev. B, 2010, 81(9): 94518

    Article  ADS  Google Scholar 

  64. N. Kurita, K. Kitagawa, K. Matsubayashi, A. Kismarahardja, E. Choi, J. S. Brooks, Y. Uwatoko, S. Uji, and T. Terashima, J. Phys. Soc. Jpn., 2011, 80(1): 13706

    Article  Google Scholar 

  65. K. Cho, H. Kim, M. A. Tanatar, Y. J. Song, Y. S. Kwon, W. A. Coniglio, C. C. Agosta, A. Gurevich, and R. Prozorov, Phys. Rev. B, 2011, 83(6): 60502

    Article  ADS  Google Scholar 

  66. J. L. Zhang, L. Jiao, F. F. Balakirev, X. C. Wang, C. Q. Jin, and H. Q. Yuan, Phys. Rev. B, 2011, 83(17): 174506

    Article  ADS  Google Scholar 

  67. S. Khim, B. Lee, J.W. Kim, E. S. Choi, G. R. Stewart, and K. H. Kim, Phys. Rev. B, 2011, 84(10): 104502

    Article  ADS  Google Scholar 

  68. Y. Zhang, L. X. Yang, M. Xu, Z. R. Ye, F. Chen, C. He, H. C. Xu, J. Jiang, B. P. Xie, J. J. Ying, X. F. Wang, X. H. Chen, J. P. Hu, M. Matsunami, S. Kimura, and D. L. Feng, Nat. Mater., 2011, 10(4): 273

    Article  ADS  Google Scholar 

  69. X. P. Wang, T. Qian, P. Richard, P. Zhang, J. Dong, H. D. Wang, C. H. Dong, M. H. Fang, and H. Ding, Europhys. Lett., 2011, 93(5): 57001

    Article  ADS  Google Scholar 

  70. D. X. Mou, S. Y. Liu, X. W. Jia, J. F. He, Y. Y. Peng, L. Zhao, L. Yu, G. D. Liu, S. L. He, X. L. Dong, J. Zhang, H. D. Wang, C. H. Dong, M. H. Fang, X. Y. Wang, Q. J. Peng, Z. M. Wang, S. J. Zhang, F. Yang, Z. Y. Xu, C. T. Chen, and X. J. Zhou, Phys. Rev. Lett., 2011, 106(10): 107001

    Article  ADS  Google Scholar 

  71. E. D. Mun, M. M. Altarawneh, C. H. Mielke, V. S. Zapf, R. Hu, S. L. Bud’Ko, and P. C. Canfield, Phys. Rev. B, 2011, 83(4): 100514

    Article  ADS  Google Scholar 

  72. L. Jiao, Y. Kohama, J. L. Zhang, H. D. Wang, B. Maiorov, F. F. Balakirev, Y. Chen, L. N. Wang, T. Shang, M. H. Fang, and H. Q. Yuan, arXiv:1106.2283, 2011

  73. V. N. Zverev, A. V. Korobenko, G. L. Sun, D. L. Sun, C. T. Lin, and A. V. Boris, Jpn. J. Appl. Phys., 2011, 50: 05FD0274

    Article  Google Scholar 

  74. G. Wu, H. Chen, T. Wu, Y. L. Xie, Y. J. Yan, R. H. Liu, X. F. Wang, J. J. Ying, and X. H. Chen, J. Phys.: Condens. Matter, 2008, 20(5): 422201

    ADS  Google Scholar 

  75. C. Liu, Y. Lee, A. D. Palczewski, J. Q. Yan, T. Kondo, B. N. Harmon, R.W. McCallum, T. A. Lograsso, and A. Kaminski, Phys. Rev. B, 2010, 82(7): 075135

    Article  ADS  Google Scholar 

  76. S. I. Vedeneev, C. Proust, V. P. Mineev, M. Nardone, and G. L. J. A. Rikken, Phys. Rev. B, 2006, 73(1): 14528

    Article  ADS  Google Scholar 

  77. M. S. Nam, J. A. Symington, J. Singleton, S. J. Blundell, A. Ardavan, J. A. A. J. Perenboom, M. Kurmoo, and P. Day, J. Phys.: Condens. Matter, 2009, 11(43): L477

    Google Scholar 

  78. P. Vilmercati, A. Fedorov, I. Vobornik, U. Manju, G. Panaccione, A. Goldoni, A. S. Sefat, M. A. McGuire, B. C. Sales, R. Jin, D. Mandrus, D. J. Singh, and N. Mannella, Phys. Rev. B, 2009, 79(22): 220503

    Article  ADS  Google Scholar 

  79. Y. M. Xu, Y. B. Huang, X. Y. Cui, R. Elia, R. Milan, M. Shi, G. F. Chen, P. Zheng, N. L. Wang, P. Dai, J. P. Hu, Z. Wang, and H. Ding, Nat. Phys., 2011, 7(3): 198

    Article  Google Scholar 

  80. Z. S. Gao, Y. P. Qi, L. Wang, D. L. Wang, X. P. Zhang, C. Yao, and Y. W. Ma, Supercond. Sci. Technol., 2011, 24(6): 065022

    Article  ADS  Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

  1. Department of Physics, Zhejiang University, Hangzhou, 310027, China

    Jing-lei Zhang, Lin Jiao, Ye Chen & Hui-qiu Yuan

Authors
  1. Jing-lei Zhang
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  2. Lin Jiao
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  3. Ye Chen
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  4. Hui-qiu Yuan
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

Corresponding author

Correspondence to Hui-qiu Yuan.

Rights and permissions

Reprints and permissions

About this article

Cite this article

Zhang, Jl., Jiao, L., Chen, Y. et al. Universal behavior of the upper critical field in iron-based superconductors. Front. Phys. 6, 463–473 (2011). https://doi.org/10.1007/s11467-011-0235-7

Download citation

  • Received:

  • Accepted:

  • Published:

  • Issue Date:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/s11467-011-0235-7

Keywords

Search

Navigation