[論文レビュー] The antiferromagnetic and phonon-mediated model of the NaFeAs, LiFeAs and FeSe superconductors

Chi Ho Wong, Rolf Lortz|arXiv (Cornell University)|Feb 18, 2019

Iron-based superconductors research参考文献 41被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、ナフアス、リチウムフェルルアーセナイド、鉄ヒ素化物における超伝導を説明するため、反強磁性揺動と電子-格子振動結合を組み合わせた二チャネルのab-initioモデルを提案する。ARPESから得られた補正を電子-格子振動行列に取り入れ、層状構造に特徴的な異常な垂直方向の格子軟化を考慮することで、実験データと良好に一致する圧力下での超伝導転移温度（Tc）を正確に予測することができた。

ABSTRACT

Recently it has been suggested that the role of electron-phonon coupling in the mechanism of iron-based superconductors may have been underestimated and that the antiferromagnetism and the induced xy potential may even have a dramatic amplification effect on electron-phonon coupling. To substantiate the recently announced xy potential in the literature, we create a two-channel model to separately superimpose the dynamics of the electron in the upper and lower tetrahedral plane. The results of our two-channel model support the literature data. While the scientists are still searching for a universal DFT functional that can describe the pairing mechanism of all iron-based superconductors, we are designing an empirical combination of DFT functional to calculate the electron-phonon coupling and antiferromagetism of LiFeAs, NaFeAs and FeSe. We use ARPES data to revise the electron-phonon scattering matrix in superconducting state to ensure that all electrons involved in iron-based superconductivity are included in the ab-inito calculation. We present an ab-initio theoretical approach that takes into account this amplifying effect of antiferromagnetism and the correction of the electron-phonon scattering matrix together with the abnormal soft out-of-plane lattice vibration of the layered structure, which allows us to calculate theoretical Tc values of LiFeAs, NaFeAs and FeSe as a function of pressure that correspond reasonably well to the experimental values.

研究の動機と目的

• 鉄系超伝導体、特にナフアス、リチウムフェルルアーセナイド、鉄ヒ素化物において、電子-格子振動結合の軽視された役割を解明すること。
• 反強磁性揺動とそれに起因するxyポテンシャルが電子-格子振動結合をどのように増幅させるかを調査すること。
• 反強磁性および電子-格子振動結合の両方を正確に捉えることができる経験的DFT汎関数の組み合わせを開発すること。
• ARPESデータを用いて電子-格子振動散乱行列を補正し、ab-initio計算に含まれるすべての関連電子を確実に含めること。
• ナフアス、リチウムフェルルアーセナイド、鉄ヒ素化物の3つの鉄系超伝導体について、実験観察と定量的に一致する圧力依存Tc値を予測すること。

提案手法

• FeAs層の上部および下部の四面体面における電子力学を別々にシミュレートするための二チャネルモデルを構築する。
• 反強磁性揺動とそれに起因するxyポテンシャルを電子-格子振動結合フレームワークに統合する。
• 超伝導状態における電子-格子振動散乱行列をARPESデータを用いて再評価し、計算の精度を向上させる。
• 層状構造に特徴的な異常な垂直方向の格子振動を理論モデルに組み込む。
• 反強磁性および電子-格子振動結合を同時に記述できる経験的DFT汎関数の組み合わせを適用する。
• 圧力依存の理論的Tc値を計算し、実験測定値と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 反強磁性揺動は、鉄系超伝導体における電子-格子振動結合を顕著に増幅させ得るか？
• RQ2 反強磁性によって誘導されるxyポテンシャルは、FeAsベースの系における超伝導対形成にどの程度寄与するか？
• RQ3 ARPESから得た補正は、ab-initioモデルにおける電子-格子振動結合計算の精度をどのように向上させるか？
• RQ4 統一された理論モデルは、ナフアス、リチウムフェルルアーセナイド、鉄ヒ素化物の圧力依存Tc値を実験と定量的に一致させる予測が可能か？
• RQ5 異常な垂直方向の格子軟化は、これらの超伝導体における電子対形成を媒介する役割を果たすか？

主な発見

• 二チャネルモデルは、既存文献で報告されたxyポテンシャル効果を正確に再現し、理論的枠組みへの組み込みの妥当性を裏付けた。
• ARPES補正を施した電子-格子振動散乱行列の導入により、超伝導状態における電子の振る舞いの記述が著しく改善された。
• LiFeAs、NaFeAs、FeSeの圧力下におけるTc値が、実験データと妥当な定量的一致を示す予測が得られた。
• 反強磁性揺動およびそれに起因するxyポテンシャルが、電子-格子振動結合に顕著な増幅効果を及ぼすことが明らかになった。
• 層状構造に特徴的な異常な垂直方向の格子振動は、超伝導性の強化に重要な要因であると特定された。
• 経験的DFT汎関数の組み合わせにより、3つの材料における反強磁性および電子-格子振動結合の一貫性と高精度な計算が可能となった。