[論文レビュー] Effective Interacting Hamiltonian and Pairing Symmetry of LaOFeAs

Junren Shi|ArXiv.org|Jun 2, 2008

Iron-based superconductors research被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、LaOFeAsの$D_{2d}$点群対称性に基づき、一般化された有効電子間相互作用ハミルトニアンを導出し、M点における多軌道性と対称性保護された簡併性に起因する特異な相互作用の形を明らかにした。10種類の可能な対称性状態を体系的に同定し、対称性と物理的制約によって候補が$s$波、$d_{x^2-y^2}$波、$p$波状態に絞られた。特に強い局所的クーロン反発とバンド分裂の影響により、混合対称性対称性が優遇される。

ABSTRACT

We establish the general form of effective interacting Hamiltonian for LaOFeAs system based on the symmetry consideration. The peculiar symmetry property of the electron states yields unusual form of electron-electron interaction. Based on the general effective Hamiltonian, we determine all the ten possible pairing states. More physical considerations would further reduce the list of the candidates for the pairing state.

研究の動機と目的

• LaOFeAsの結晶および電子的対称性に基づき、一般化された有効相互作用ハミルトニアンの形を確立すること。
• 特に$M$点近傍で$d_{xz}$、$d_{yz}$、$d_{xy}$軌道が混合する領域において、系の対称性が許すすべての可能な対称性状態を特定すること。
• バンドエネルギーの分裂と局所的クーロン反発に対するこれらの対称性状態の安定性を分析すること。
• 類似した電子構造を有する他の鉄系超伝導体に対しても適用可能な一般化されたフレームワークを提供すること。

提案手法

• 点群$D_{2d}$の既約表現、特に$M$点における2次元$E$表現に注目し、有効電子間相互作用ハミルトニアンを構築する。
• 群論を用いて、軌道、スピン、空間対称性に基づくすべての可能な対称性状態を分類し、$D_{2d}$の既約表現を用いる。
• 一般化されたブロッホの定理と縮小された$1\times1$基本単位格子を用い、ブリユアンゾーン全域にわたる連続的なブロッホ波動関数を定義し、一貫性のある対称性変換則を確立する。
• $D_{2d}$操作における$M$点における2つの簡併バンドの変換性を分析し、式(1)におけるハミルトニアンの形を導出する。
• 軌道パリティ($P_{\text{orbita}}$)、スピンパリティ($P_{\text{spin}}$)、および既約表現(I.R.)に従ってペア配列行列$\Delta_{ij}$を分類することで、10種類の可能なペアリング状態を導出する。
• バンド分裂と局所的クーロン反発に対する各ペアリング状態の安定性を、相対的強度の順序$d_{x^2-y^2} > s \approx p \approx g > d_{xy}$を用いて評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LaOFeAsにおける有効電子間相互作用ハミルトニアンの一般形は、$D_{2d}$対称性と多軌道電子構造と整合する形でどのように定まるか？
• RQ2 特にフェルミ面が2つの楕円型パッチから成る$M$点近傍で、系の対称性が許す異なるペアリング状態はいくつあるか？
• RQ3 バンドエネルギーの分裂と局所的クーロン反発に対して、どのペアリング状態が最も安定であり、これらの効果がペアリング対称性にどのように影響するか？
• RQ4 $M$点における対称性保護された簡併性は、$d$軌道の支配的特徴にもかかわらず、$p$波や混合対称性状態のような非単純なペアリングチャネルを生じさせるか？

主な発見

• 有効電子間相互作用ハミルトニアンは、$D_{2d}$対称性と$T_xP_z$および$T_yP_z$を含む一般化された並進対称性によって一意に決定され、$1\times1$基本単位格子の構築を可能にする。
• 10種類の明確に区別できるペアリング状態が同定され、軌道およびスピンパリティ、既約表現に基づいて分類されており、$s$波、$d_{x^2-y^2}$波、$p$波、および混合対称性状態が含まれる。
• 状態(1)～(4)および(6)は、主にバンド内ペアリング成分が支配するため、バンド分裂に対して感受性が低く、純粋なバンド間状態(5)および(7)～(10)は抑制される。
• 局所的クーロン反発は、状態(1)～(3)における$s$波成分を強く抑制し、$d$波対称性を有利にし、小さなフェルミパッチのため空間的に局在したペアリングを不利益にさせる。
• $p$波ペアリング状態(6)は、対称性的に妥当であり、一部の2軌道モデルとは対照的に実現可能であり、ハンズ結合と3軌道混合に起因して安定化される。
• 本分析により、可能な超伝導ペアリング対称性を制限する一般化されたフレームワークが提供され、鉄系超伝導体の微視的モデルの整合性チェックとしての役割を果たす。