[論文レビュー] Multiple antiferromagnetic nesting instabilities in the pnictides

Jacob Estevam Schmiedt, P. M. R. Brydon+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 26, 2011

Iron-based superconductors research被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、1111族ポンキシドにおけるドーピング依存性スピン密度波（SDW）不安定性を、4つの軌道モデルを用いてランダム位相近似（RPA）で調査した。相互作用の強さに応じて、異なるフェルミポケットと鉄の軌道に起因する2つの異なるネスティング不安定性が特定され、xy軌道内の相互作用の強さに依存する。2つのモデルは実験データと良好な一致を示した。

ABSTRACT

We study the doping dependence of the spin-density-wave (SDW) state in four models of the 1111 pnictides. The random-phase approximation is used to determine the ordering temperature and the ordering vector as functions of doping, and to evaluate the contribution of the various orbitals to the SDW instability. In addition to the usual assumption of orbitally rotation-invariant interactions, we consider the effect of reduced interactions involving the xy orbital, which are anticipated by crystal-structure considerations. We find that changing the relative strength of the interaction in the xy orbital tunes the system between two distinct nesting instabilities leading to SDW order, which involve different Fermi pockets and are dominated by different iron orbitals. We identify two models as showing reasonable agreement with experiments, while the other two display significant discrepancies, and discuss the underlying differences between the models.

研究の動機と目的

• 1111族ポンキシド超伝導体におけるスピン密度波（SDW）秩序のドーピング依存性を理解すること。
• 特にxy軌道における結合の弱体化が関与する軌道特異的相互作用がSDW不安定性に与える役割を評価すること。
• 4つの軌道モデルの中で、実験的観察されたSDW秩序を最もよく再現するモデルを特定すること。
• ドーピング下での軌道対称性とフェルミ表面ネスティングが、SDW秩序を駆動する際にどのように競合するかを解明すること。
• 異なる軌道とフェルミポケットに起因する2つの異なるネスティング不安定性の物理的起源を同定すること。

提案手法

• ドーピングの関数としてスピン密度波（SDW）秩序温度と秩序波数を計算するため、ランダム位相近似（RPA）を用いる。
• RPAに基づく感受率計算を用いて、個々の鉄軌道（dxyを含む）がSDW不安定性に寄与する割合を分析する。
• dxy軌道にかかる相互作用の強さが異なる4つの異なる軌道モデルを比較する。
• 結晶構造に基づくdxy軌道相互作用の低減を想定し、モデルの現実性を高める。
• 予測されたSDW秩序ベクトルとドーピング傾向を実験データと照合することで、モデルの性能を評価する。
• 軌道回転不変型と相互作用低減型のシナリオを比較し、dxy軌道物理学の影響を隔離する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ドーピングは1111族ポンキシドにおけるスピン密度波（SDW）秩序温度と波数にどのように影響するか？
• RQ2 dxy軌道はSDW状態における異なるネスティング不安定性を駆動する役割を果たすか？
• RQ3 結晶構造に由来するdxy軌道の相互作用低減は、SDW秩序の安定性にどのように影響するか？
• RQ4 検討された4つの軌道モデルの中で、実験的SDW秩序行動を最もよく再現するのはどれか？
• RQ5 異なるフェルミポケットと軌道特性に起因する2つの異なるネスティング不安定性の間の遷移を決定づける要因は何か？

主な発見

• dxy軌道内の相互作用の強さに応じて、異なるフェルミポケットに起因する2つの異なるスピン密度波（SDW）不安定性が出現する。
• dxy軌道が支配する不安定性は、この軌道内での相互作用の相対的強さを変えることで制御され、2つの異なるSDW状態の間の遷移を引き起こす。
• 検討された4つのモデルのうち2つは実験データと良好な一致を示したが、残りの2つは顕著な不一致を示した。
• SDW秩序ベクトルと秩序温度は、特にdxy軌道に起因する軌道特異的相互作用に強く依存する。
• dxy軌道は、ネスティング不安定性の性質を決定づける重要な役割を果たしており、その相互作用強度が制御パrameterとして機能する。
• 軌道依存のネスティングと競合するSDW不安定性が、1111族ポンキシドにおける磁気秩序のドーピング進化を理解する上で鍵を握る。