[论文解读] 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 1

一句话总结

本研究利用随机相位近似（RPA）在四种轨道模型下，研究了1111砷化物中掺杂依赖的自旋密度波（SDW）不稳定性。研究发现，根据xy轨道中相互作用强度的不同，存在两种不同的嵌套不稳定性，分别由不同的费米口袋和铁轨道驱动；其中两个模型与实验数据吻合良好。

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.

研究动机与目标

• 理解1111砷化物超导体中自旋密度波（SDW）序的掺杂依赖性。
• 评估轨道特异性相互作用（尤其是xy轨道中耦合减弱）对SDW不稳定性的影响。
• 评估四种轨道模型中哪一种最能再现实验观测到的SDW序行为。
• 确定在掺杂条件下，轨道对称性与费米面嵌套如何竞争以驱动SDW序。
• 识别涉及不同轨道和费米口袋的两种不同嵌套不稳定性产生的物理根源。

提出的方法

• 采用随机相位近似（RPA）计算自旋密度波（SDW）序变暖温度和序波矢随掺杂浓度的变化。
• 利用基于RPA的磁化率计算，分析各个铁轨道（包括dxy轨道）对SDW不稳定的贡献。
• 比较四种在dxy轨道相互作用强度上不同的1111砷化物轨道模型。
• 结合晶体结构预期的dxy轨道相互作用减弱，以提升模型的真实性。
• 通过将预测的SDW序向量和掺杂趋势与实验数据对比，评估模型性能。
• 评估轨道旋转不变性和相互作用减弱情景，以分离dxy轨道物理的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 掺杂如何影响1111砷化物中自旋密度波（SDW）序变暖温度和波矢？
• RQ2 dxy轨道在驱动SDW态中不同嵌套不稳定性方面起什么作用？
• RQ3 由晶体结构启发的dxy轨道中相互作用减弱如何影响SDW序的稳定性？
• RQ4 在所考虑的四种轨道模型中，哪一种最能再现实验观测到的SDW序行为？
• RQ5 是什么决定了涉及不同费米口袋和轨道特征的两种不同嵌套不稳定性之间的转变？

主要发现

• 根据dxy轨道中相互作用强度的不同，会涌现出两种不同的自旋密度波（SDW）不稳定性，每种都涉及不同的费米口袋。
• 由dxy轨道主导的不稳定性可通过调节该轨道中相互作用的相对强度进行调控，从而在两种不同的SDW态之间发生转变。
• 在所研究的四个模型中，有两个模型与实验数据表现出合理的吻合，其余两个则存在显著偏差。
• SDW序向量和温度强烈受轨道特异性相互作用影响，尤其是涉及dxy轨道的相互作用。
• dxy轨道在决定嵌套不稳定的性质方面起着关键作用，其相互作用强度的减弱可作为控制参数。
• 轨道依赖的嵌套和竞争的SDW不稳定性是理解1111砷化物中磁序掺杂演化机制的关键。