[論文レビュー] Angle integrated photoemission study of SmO$_{0.85}$F$_{0.15}$FeAs

H. W. Ou, Jinchao Zhao+11 more|ArXiv.org|Mar 30, 2008

Iron-based superconductors research被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、SmO0.85F0.15FeAsの角度積分光電子放出分光法を報告し、フェルミ準位より0.25 eV低い位置に明確な特徴が観測され、0.5–3 eVのエネルギー領域で平坦な状態密度が観測された。これは反強磁性DFT計算と最も一致する。12 K Tc未満の温度で顕著な超伝導ギャップの開きは観察されず、ブリユアンゾーン内に広範なギャップなし領域が存在することを示し、鉄系超伝導体における非単純超伝導性を支持する。

ABSTRACT

The electronic structure of the new superconductor, SmO$_{1-x}$F$_x$FeAs ($x=0.15$), has been studied by angle-integrated photoemission spectroscopy. Our data show a sharp feature very close to the Fermi energy, and a relative flat distribution of the density of states between 0.5 eV and 3 eV binding energy, which agrees best with band structure calculations considering an antiferromagnetic ground state. No noticeable gap opening was observed at 12 Kelvin below the superconducting transition temperature, indicating the existence of large ungapped regions in the Brillouin zone.

研究の動機と目的

• 高Tc鉄系超伝導体であるSmO0.85F0.15FeAsの電子状態を、角度積分光電子放出分光法を用いて直接プローブすること。
• 反強磁性秩序と強い電子相関を含む理論的モデルの電子状態を検証すること。
• 低温におけるフェルミ準位近くの状態密度における超伝導ギャップの有無を調査すること。
• 密度状態に関する直接的な実験データを提供することで、鉄pnict化物における非単純超伝導の理論的モデルを制約すること。

提案手法

• 角度積分光電子放出分光法は、21.2 eV（He-I）および40.8 eV（He-II）の放射源を用い、エネルギー分解能10 meVで実施された。
• 超高真空（約3×10−11 mbar）下でイン・スイートに切断した多結晶SmO0.85F0.15FeAs試料を用いて測定が行われた。
• 等方的光電子放出が確認され、多結晶的配向が得られ、角度積分状態密度抽出が可能となった。
• 温度依存スペクトルは45 Kから31 Kまで記録され、熱的ブライトネス効果はフェルミ関数の畳み込みにより補正された。
• 反強磁性基底状態を仮定した密度汎関数理論（DFT）計算と、動的平均場理論（DMFT）の結果とデータを比較した。
• 超伝導ギャップは、スペクトル関数の先端およびその温度依存性の分析により評価された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SmO0.85F0.15FeAsの電子状態は、DFT予測の反強磁性基底状態と整合する特徴を示すか？
• RQ2 Tcより12 K低い温度で、状態密度に直接的な超伝導ギャップの証拠が観測されるか？
• RQ3 観測されたスペクトル特徴は、DFTおよびDMFT計算と定量的にどのように一致するか？
• RQ4 フェルミ準位付近の低エネルギー特徴の性質は何か？また、Fe 3d状態と相関があるか？
• RQ5 抵抗率データが示唆する150 K近辺での仮想ギャップ形成の兆候は、観測されたスペクトルに見られるか？

主な発見

• フェルミ準位より0.25 eV低い位置に明確なスペクトル特徴が観測され、反強磁性基底状態を仮定したDFT計算と最も一致した。
• 0.5 eVから3 eVの結合エネルギー領域で状態密度が比較的平坦であり、反強磁性DFT計算と整合的だが、DMFT計算とは一致しない。
• Tcより12 K低い温度で顕著な超伝導ギャップの開きは観測されず、ブリユアンゾーン内に広範なギャップなし領域が存在することが示唆された。
• 31 Kおよび42 Kのスペクトルは、熱的ブライトネス補正後に良好に一致し、Tcの75％付近でギャップ形成が最小限であることが示された。
• 150 Kより上および下の温度で測定されたスペクトルには、仮想ギャップ形成の証拠は観測されず、その温度で抵抗率に異常が見られたにもかかわらず。
• 実験データは理論的モデルを強く制約し、本系では反強磁性DFTがDMFTよりも優位であると支持する。