[論文レビュー] A new family of iron pnictides: BaFeAs2 and BaFeSb2

Ji Hoon Shim, Kristjan Haule+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 30, 2008

Iron-based superconductors research被引用数 11

ひとこと要約

本稿では、DFT計算を用いて、LaFeAsOと同一構造を示す新しい鉄砒化物超伝導体としてのBaFeAs₂およびBaFeSb₂を提案する。電子的および磁気的性質が既知の鉄基超伝導体に類似していることが示される。主な発見は、スパーサー層が金属的であることで、1体ハミルトニアンを変更せずに超伝導における電荷および極化揺らぎを独自に探査可能となり、ペアリング機構に関する新たな知見が得られることである。

ABSTRACT

We investigate the structural, electronic, and magnetic properties of the hypothetical compound BaFePn2 (Pn = As and Sb), which is isostructural to the parent compound of the high temperature superconductor LaFeAsO1-xFx. Using density functional theory, we show that the Fermi surface, electronic structure and the spin density wave instability of BaFePn2 are very similar to the Fe based superconductors. Additionally, there are very dispersive metallic bands of a spacer Pn layer, which are almost decoupled from FePn layer. Our results show that experimental study of BaFePn2 can test the role of charge and polarization fluctuation, importance of two dimensionality in mechanism of superconductivity.

研究の動機と目的

• 仮想のBaFePn₂（Pn = As, Sb）化合物の構造的、電子的および磁気的性質を新しい鉄砒化物超伝導体として探求すること。
• BaFePn₂に存在する金属的スパーサー層が、鉄基超伝導体における電荷および極化揺らぎの役割に関する新たな知見を提供できるかを調査すること。
• BaFePn₂のフェルミ面、スピン密度波不安定性および磁気的性質を既知の鉄基超伝導体と比較すること。
• 2次元性およびネスティング特徴の分析を通じて、これらの化合物における高Tc超伝導の可能性を評価すること。
• 実験的合成およびBaFePn₂の研究を通じて、超伝導ペアリングの競合理論を検証する理論的基盤を提供すること。

提案手法

• 電子構造および全エネルギーを計算するために、一般化勾配近似（GGA）を用いた密度汎関数理論（DFT）が用いられた。
• 正確な電子構造計算のために、WIEN2kに実装されたフル・ポテンシャル線形化補間平面波（FP-LAPW）法が採用された。
• 正方晶対称性を仮定したスピン密度波（SDW）基底状態の下で、構造パラメータが最適化された。
• 既知の鉄基超伝導体と比較するため、フェルミ面およびバンド構造が分析された。
• ストライプ型SDW相のエネルギーと常磁性相のエネルギーを比較することで、磁気的安定性が評価された。
• フェルミ面トポロジーおよび軌道的性質の分析を通じて、2次元性およびネスティングの役割が評価された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 BaFeAs₂およびBaFeSb₂の電子的および磁気的性質は、既知の鉄砒化物超伝導体とどのように比較できるか？
• RQ2 金属的スパーサー層が鉄基化合物における超伝導ペアリング機構に及ぼす影響は何か？
• RQ3 スパーサー層に分散性の高い金属的バンドが存在する場合、スピン揺らぎまたは電荷揺らぎの役割がどのように変化するか？
• RQ4 BaFePn₂におけるフェルミ面ネスティングおよび磁気モーメントは、LaFeAsOおよび他の1111/122系と比較してどうなるか？
• RQ5 BaFeSb₂におけるBaFeAs₂に比べて強化された磁気モーメントは、強相関性の増大またはネスティングの低下と関連しているとみるべきか、そしてこれはTcにどのような含意を持つのか？

主な発見

• BaFeAs₂およびBaFeSb₂のフェルミ面には、Γ点に2つのホールポケットおよびM点に2つの電子ポケットが存在し、他の鉄砒化物と同様に強いネスティングを示している。
• ストライプ型SDW相の安定化エネルギーは、BaFeAs₂で-161 meV/Fe、BaFeSb₂で-434 meV/Feであり、Sb含有化合物のほうが強い磁気不安定性を示している。
• Fe原子上の磁気モーメントは、BaFeAs₂で2.12 μB、BaFeSb₂で2.61 μBであり、Sb含有化合物における磁気的強化が確認された。
• スパーサー層（BaPn(1)）は、フェルミ準位近くに非常に分散性の高い金属的バンドを有しており、FePn(2)層とはほぼ分離していることから、明確に分離した電子的チャネルであることが示された。
• As(1)状態に起因するX点を結ぶダイヤモンド型の面がフェルミ面に追加されており、系の2次元的性質が強化されている。
• BaFePn₂におけるc/a比は1111化合物よりも小さいが、これは2次元性とTcの間の妥協可能性を示唆しているが、金属的スパーサー層がこの効果を相殺する可能性がある。