[論文レビュー] Why does PdTe have such a weaker superconductivity compared to FeSe? A First-Principle Wannier function analysis of the electronic structure of PdTe

Chinedu E. Ekuma, Chia‐Hui Lin+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 16, 2012

Iron-based superconductors research被引用数 1

ひとこと要約

第一原理的Wannier関数研究により、PdTeは電子相関が弱く、Pdのd殻の充満度が高く、Pd–Teの共有結合性が強く、近い八面体配置に起因する大きな結晶場分裂のため、弱い超伝導性を示すことが明らかになった。FeSeとは異なり、PdTeは準二次元的電子構造、軌道簡併性、およびほぼ半満たし状態を有さない。これにより、鉄 chalcogenidesにおける強い相関と高Tc超伝導性が実現できない。

ABSTRACT

We report a first-principles Wannier function study of the electronic structure of PdTe. Its electronic structure is found to be a broad three-dimensional Fermi surface with highly reduced correlations effects. In addition, the higher filling of the Pd $d$-shell, its stronger covalency resulting from the closer energy of the Pd-$d$ and Te-$p$ shells, and the larger crystal field effects of the Pd ion due to its near octahedral coordination all serve to weaken significantly electronic correlations in the particle-hole (spin, charge, and orbital) channel. In comparison to the Fe Chalcogenide e.g., FeSe, we highlight the essential features (quasi-two-dimensionality, proximity to half-filling, weaker covalency, and higher orbital degeneracy) of Fe-based high-temperature superconductors.

研究の動機と目的

• PdTeにおける弱い超伝導性が、FeSeのような高Tc超伝導体と比較してどのように生じるかを理解すること。
• 第一原理的Wannier関数法を用いてPdTeの電子構造を分析すること。
• PdTeにおける電子的・構造的要因が電子相関をどのように抑制するかを同定すること。
• PdTeの電子的性質を、特にFeSeを含む鉄系超伝導体と対比すること。
• PdTeが類似した結晶構造を有するにもかかわらず、なぜ高Tc超伝導性を示さないかを明確にすること。

提案手法

• 電子構造を取得するために第一原理的密度汎関数理論（DFT）計算を用いた。
• 最大局在化Wannier関数（MLWFs）を構築し、電子バンドのマッピングと軌道寄与の特定を行った。
• Pd-dとTe-p状態の混合を分析して、共有結合性の影響を評価した。
• バンド幅、軌道簡併性、エネルギー準位分裂の分析を通じて、電子相関の程度を評価した。
• 次元性と相関強度の差を強調するために、フェルミ面トポロジーと電子状態の充満度をFeSeと比較した。
• 局所対称性がPdTeにおけるd軌道分裂に与える影響を定量化するために、結晶場分裂解析を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 PdTeは構造的に類似しているにもかかわらず、なぜFeSeほど強い超伝導性を示さないのか？
• RQ2 Pdのd殻の充満度とPd–Teの共有結合性は、PdTeにおける電子相関の抑制にどのように寄与するか？
• RQ3 PdTeにおける結晶場効果は、その電子構造と相関強度にどのように影響するか？
• RQ4 PdTeにおける三次元的フェルミ面は、超伝導転移温度の低下にどの程度寄与するか？
• RQ5 どのような電子的特徴が、FeSeの高Tc超伝導性とPdTeの弱い超伝導挙動を区別するか？

主な発見

• PdTeは広範囲にわたる三次元的フェルミ面を示しており、電子相関が弱く、次元性の効果が小さいことを示している。
• Pdのd殻は鉄系系と比較してより高く充満されており、モット絶縁体に近い状態への近接性が低下している。
• Pd-dとTe-p軌道間の強い共有結合性により、混合が強化され、相関効果が低減されている。
• 近い八面体配置に起因するPdTeにおける大きな結晶場分裂が、さらに電子相関を抑制している。
• PdTeには準二次元的構造、軌道簡併性、およびほぼ半満たし状態が存在しないため、FeSeと比較して弱い超伝導性を示す。
• 本研究では、電子状態の充満度、共有結合性、結晶場効果の相乗的相互作用が、PdTeにおける高Tc超伝導性の抑制の主な要因であると特定した。