[論文レビュー] Unconventional superconductivity originating from disconnected Fermi surfaces in LaO$_{1-x}$F$_x$FeAs}

Kazuhiko Kuroki, Seiichiro Onari+5 more|arXiv (Cornell University)|Mar 23, 2008

Iron-based superconductors research被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、五軌道モデルとランダム位相近似（RPA）を用いて、LaO$_{1-x}$F$_x$FeAsにおける非代替的超伝導のメカニズムを調査した。非連結なフェルミ表面間のネストに起因する複数のスピン揺動が、拡張s波対称性の超伝導を安定化させることを明らかにした。d波対称性の対称性も代替可能な選択肢であるが、スピン揺動機構により拡張s波が優位である。本研究は、鉄系超伝導体における高温超伝導の媒介要因としての電子的トポロジーの役割を特定した。

ABSTRACT

For a newly discovered iron-based high $T_c$ superconductor LaFeAsO$_{1-x}$F$_x$, we have constructed a minimal model, where inclusion of all the five Fe $d$ bands is found to be necessary. Random-phase approximation is applied to the model to investigate the origin of superconductivity. We conclude that the multiple spin fluctuation modes arising from the nesting across the disconnected Fermi surfaces realize an extended s-wave pairing, while d-wave pairing can also be another candidate.

研究の動機と目的

• 鉄系超伝導体LaO$_{1-x}$F$_x$FeAsにおける高温超伝導の微視的起源を理解すること。
• 特にスピン揺動を介した対称性のない対称性メカニズムが、系の電子構造から生じるかどうかを特定すること。
• 非連結フェルミ表面とそのネストが、超伝導対称性を駆動する役割を果たすかを評価すること。
• 本系における拡張s波とd波対称性のチャンネルの相対的安定性を評価すること。

提案手法

• LaO$_{1-x}$F$_x$FeAsの電子構造を正確に記述するため、すべてのFe $d$-バンドを含む最小限の五軌道モデルを構築した。
• スピン揺動とそれらが電子対形成に果たす役割を体系的に分析するために、ランダム位相近似（RPA）を用いた。
• 非連結フェルミ表面シート間のネスト特性を分析し、支配的となるスピン揺動モードを同定した。
• スピン揺動交換相互作用を考慮したBCS型ギャップ方程式を解くことで、対称性を評価した。
• RPAから得られた有効相互作用カーネルに基づき、拡張s波とd波対称性のチャンネルの安定性を比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LaO$_{1-x}$F$_x$FeAsにおける支配的対称性は何か、何がそれを駆動しているか？
• RQ2 非連結フェルミ表面を介したスピン揺動は、超伝導にどのように寄与するか？
• RQ3 なぜ本系の超伝導をモデル化するにあたり、すべての五つのFe $d$-バンドを含める必要があるのか？
• RQ4 拡張s波対称性は、この鉄系超伝導体においてd波対称性と共存可能か、あるいは優位に働くか？

主な発見

• 非連結フェルミ表面シート間のネストに起因する複数のスピン揺動モードが、拡張s波対称性の超伝導を安定化させる。
• 正しいスピン揺動スペクトルと対称性メカニズムを捉えるには、すべての五つのFe $d$-バンドを含める必要がある。
• 非連結フェルミ表面に起因するスピン揺動が、超伝導を駆動する有効な引力的相互作用を生成する。
• d波対称性は別の可能な対称性チャンネルであるが、スピン揺動機構により拡張s波が優位であることが判明した。
• 対称性メカニズムは非代替的であり、特に非連結フェルミ表面シート間のネストに起因する電子的トポロジーに根ざしている。