[论文解读] Probing unconventional superconductivity in LiFeAs by quasiparticle interference

Steffen Sykora, Ronny Schlegel+5 more|arXiv (Cornell University)|Jun 21, 2011

Iron-based superconductors research参考文献 18被引用 3

一句话总结

本研究利用扫描隧道谱测量的准粒子干扰（QPI）探测LiFeAs中的超导序参量。研究发现，散射主要由布里渊区中心附近范霍夫奇点处的空穴型能带主导，QPI模拟结果排除了简单的s波或d波配对，反而支持非传统的p波或s+id波对称性，该结果与实验数据最为一致。

ABSTRACT

The quasiparticle interference (QPI) in a superconductor sensitively depends on the symmetry of the superconducting order parameter. To probe it, scanning tunneling spectroscopy has proven a powerful technique, in particular for revealing the nature of unconventional superconductivity. A particularly well suited material to apply this technique is the stoichiometric superconductor LiFeAs as it features clean, charge neutral cleaved surfaces without surface states and a relatively high Tc 18 K. Here we show that in LiFeAs the quasiparticle scattering is governed by a vanHove singularity at the center of the Brillouin zone which is in stark contrast with other pnictide superconductors where nesting is crucial for both scattering and s -superconductivity. Indeed, within a minimal model and using the most elementary order parameters, calculations of the QPI suggest a dominating role of the hole-like bands for the quasiparticle scattering and in comparison with the QPI data do not support elementary singlet pairing symmetries (s - or d-wave). This brings to mind that a more unusual pairing symmetry such as an elementaryp-wave (which provides optimal agreement between the experimental data and QPI simulations) or a more complex order parameter (e.g. s +id-wave symmetry) is relevant in LiFeAs.

研究动机与目标

• 利用准粒子干扰（QPI）测量确定LiFeAs中超导序参量的对称性。
• 评估传统配对机制（如电子嵌套）是否支配这种铁基超导体中的准粒子散射。
• 根据实验QPI数据，评估s波和d波等基本单重态配对态的有效性。
• 探讨LiFeAs中是否存在非传统配对对称性（如p波或混合s+id波）的可能性。

提出的方法

• 利用扫描隧道谱（STS）在LiFeAs的清洁、电中性解理表面测量准粒子干扰（QPI）。
• 分析QPI图案以提取动量空间中的散射特征，并将其与电子能带结构关联。
• 构建一个最小化的紧束缚模型以描述电子结构，特别关注Γ点处的范霍夫奇点。
• 采用多种序参量对称性（包括s波、d波、p波和s+id波）进行理论QPI模拟。
• 将模拟的QPI图案与实验数据直接比较，以确定最匹配的配对对称性。
• 通过分析费米能级附近谱权重和能带曲率，评估空穴型能带在散射中的作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 LiFeAs中准粒子散射的主要贡献来源是什么？其与电子能带结构有何关联？
• RQ2 LiFeAs中观测到的QPI图案是否支持传统的s波或d波配对对称性？
• RQ3 布里渊区中心处范霍夫奇点的存在如何影响QPI响应？
• RQ4 LiFeAs中是否存在非传统配对对称性的证据，例如p波或s+id波？
• RQ5 空穴型能带在该超导体中所观测到的准粒子干扰中起多大程度的主导作用？

主要发现

• LiFeAs中的准粒子散射主要由布里渊区中心附近范霍夫奇点处的空穴型能带主导。
• 实验QPI图案不支持s波或d波等基本单重态配对对称性。
• p波配对对称性与模拟和实验数据的吻合度最佳。
• 更复杂的序参量（如s+id波）也能很好地拟合QPI数据。
• 散射机制中缺乏嵌套效应，与其它铁基超导体形成鲜明对比。
• 结果表明，非传统配对机制（可能涉及自旋三重态或混合对称态）在LiFeAs中具有重要意义。