[論文レビュー] Brief review on iron-based superconductors: are there clues for unconventional superconductivity?

Hyungju Oh, Jisoo Moon+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 31, 2011

Iron-based superconductors research参考文献 126被引用数 12

ひとこと要約

このレビューでは、鉄系超伝導体の非単純超伝導性に関する実験的および理論的証拠を検討する。FeAsを基とする材料における原子的・電子的・磁気的・超伝導的性質を分析し、ノードレスな s±-波対称性、スピン揺らぎ、ネミティック秩序といった重要な手がかりを特定する。これらは、最高で55 Kに達する高い Tc を示すにもかかわらず、非単純な対称性メカニズムを支持するものである。

ABSTRACT

Study of superconductivity in layered iron-based materials was initiated in 2006 by Hosono's group, and boosted in 2008 by the superconducting transition temperature, Tc, of 26 K in LaFeAsO1-xFx. Since then, enormous researches have been done on the materials, with Tc reaching as high as 55 K. Here, we review briefly experimental and theoretical results on atomic and electronic structures and magnetic and superconducting properties of FeAs-based superconductors and related compounds. We seek for clues for unconventional superconductivity in the materials.

研究の動機と目的

• 鉄系超伝導体が高転移温度を示すにもかかわらず、非単純超伝導性の特徴を示すかどうかを評価すること。
• FeAsを基とする化合物における電子構造・磁性・対称性の実験的および理論的知見を統合すること。
• スピン揺らぎやネミティック秩序といった、非単純対称性メカニズムの背後にある主要な物理的シグナルを特定すること。
• 電子相関および軌道自由度が超伝導性を媒介する役割を評価すること。
• 銅酸化物超伝導体や重フェルミオンと比較し、広い視野での洞察を得ること。

提案手法

• ARPES、STM、比熱、中性子散乱によるFeAs系材料の実験データの体系的レビュー。
• 第一原理計算および動的平均場理論（DMFT）を用いた電子構造と電子相関効果のモデル化。
• 磁性秩序およびスピン密度波（SDW）揺らぎが超伝導性の前身として果たす役割の分析。
• ギャップ構造の測定と理論的モデリングを通じたノードレスな s±-波対称性の調査。
• ネミティック感受率および軌道秩序を用いた、超伝導転移付近の電子的不安定性のプローブ。
• 1111系、122系、1112系など、鉄系超伝導体の複数のファミリー間での結果を比較し、普遍的傾向を同定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 鉄系超伝導体が高Tcを示すにもかかわらず、非単純対称性を支持する証拠は何か？
• RQ2 スピン揺らぎおよび軌道自由度は、超伝導対称性形成にどのように寄与するか？
• RQ3 電子的ネミティシティおよび構造的転移は、超伝導性に先行するか、あるいは共存するか、その程度はいかほどか？
• RQ4 FeAs系化合物の電子構造は、従来のBCS超伝導体とどのように異なるか？
• RQ5 電子相関は、これらの材料における非単純超伝導状態の安定化に、どのように寄与するか？

主な発見

• ARPESおよび比熱測定により、鉄系超伝導体はノードレスな s±-波対称性を示すことが確認され、非単純対称性を示唆する。
• 反強磁性波数ベクトル付近のスピン揺らぎが強く増幅されており、これは銅酸化物超伝導体と同様のメカニズムで超伝導性を媒介すると考えられている。
• 抵抗率の異方性およびX線散乱による観測で確認されたネミティック秩序は、超伝導性に先行し、回転対称性を破る。これは、対称性形成と共通の起源を示唆する。
• 特定のFeAs系化合物では、超伝導転移温度（Tc）が最高で55 Kに達し、従来のフォノン媒介対称性を除く高温度超伝導性を示す。
• 電子構造計算により、ホールおよび電子のフェルミ面シート間の強い軌道混合およびネストングが明らかとなり、対称性形成における軌道揺らぎの役割が支持される。
• 磁性と超伝導性の共存に加え、スピン密度波秩序が超伝導相に近接していることから、非単純対称性メカニズムの強力な証拠が得られた。