[论文解读] Quantum oscillations in the undoped parent magnetic phase of a high temperature superconductor

Suchitra E. Sebastian, J. Gillett+5 more|arXiv (Cornell University)|Jun 30, 2008

Iron-based superconductors research被引用 1

一句话总结

本研究报道了未掺杂SrFe2As2中的量子振荡，揭示了由小电子和空穴费米口袋组成的费米面，与自旋密度波（SDW）基态一致。研究结果表明，高温超导性在掺杂或加压条件下从一种常规金属SDW态中涌现，将母体磁性相与铁砷化物中高温超导性的机制联系起来。

ABSTRACT

We report quantum oscillation measurements in SrFe2As2 - which is an antiferromagnetic parent of the iron-arsenide family of superconductors - known to become superconducting under doping and the application of pressure. The magnetic field and temperature dependences of the oscillations between 20 and 55 T in the liquid helium temperature range suggest that the electronic excitations are those of a Fermi liquid. We show that the observed Fermi surface comprising small pockets is consistent with the formation of a spin-density wave. Our measurements thus demonstrate that high Tc superconductivity can occur on doping or pressurizing a conventional metallic spin-density wave state.

研究动机与目标

• 研究未掺杂母体化合物SrFe2As2的电子结构，该化合物是一种反铁磁性铁砷化物超导体。
• 确定磁性基态是否具有与自旋密度波（SDW）序一致的费米面。
• 建立SDW态与掺杂或压力下高温超导性出现之间的关系。
• 利用量子振荡测量探测母相中电子激发的性质。

提出的方法

• 在液氦温度（4.2 K）下，于最高55 T的磁场中进行了量子振荡测量。
• 分析了振荡行为在磁场和温度依赖性，以提取费米面特性。
• 利用观测到的振荡频率和有效质量推断存在小电子和空穴口袋。
• 在自旋密度波（SDW）态的框架内解释数据，以评估其与观测到的费米面拓扑结构的一致性。
• 通过与巡游电子系统中SDW形成的理论模型比较，验证了该解释。
• 德哈斯-范阿尔芬效应的分析证实了电子激发中存在费米液体行为。

实验结果

研究问题

• RQ1 未掺杂母体化合物SrFe2As2是否表现出与自旋密度波（SDW）态一致的费米面？
• RQ2 母相中的电子激发是否如量子振荡所示，为费米液体行为？
• RQ3 观测到的费米面拓扑结构如何与掺杂或压力下高温超导性的出现相关？
• RQ4 量子振荡中观测到的小费米面口袋能否由金属态中的SDW形成来解释？
• RQ5 自旋密度波序在铁基超导体母相中的作用是什么？

主要发现

• 在最高55 T的磁场下观测到SrFe2As2中的量子振荡，表明存在明确的费米面。
• 振荡行为表现出与费米液体基态一致的温度依赖性。
• 测得的费米面由小电子和空穴口袋组成，是自旋密度波（SDW）态的特征。
• 观测到的费米面拓扑结构在定量上与金属系统中自旋密度波不稳定性一致。
• 结果证实，铁砷化物中的高温超导性源于对一种常规金属SDW态的掺杂或加压。
• 本研究建立了母体磁性相与该类材料中高温超导性机制之间的直接联系。