[论文解读] The antiferromagnetic and phonon-mediated model of the NaFeAs, LiFeAs and FeSe superconductors

Chi Ho Wong, Rolf Lortz|arXiv (Cornell University)|Feb 18, 2019

Iron-based superconductors research参考文献 41被引用 3

一句话总结

该论文提出了一种双通道从头算模型，结合反铁磁涨落与电子-声子耦合，以解释NaFeAs、LiFeAs和FeSe中的超导性。通过引入角分辨光电子能谱（ARPES）导出的电子-声子矩阵修正，并考虑异常的面外晶格软化效应，该模型成功预测了在压力下超导转变温度（Tc）的数值，与实验数据高度吻合。

ABSTRACT

Recently it has been suggested that the role of electron-phonon coupling in the mechanism of iron-based superconductors may have been underestimated and that the antiferromagnetism and the induced xy potential may even have a dramatic amplification effect on electron-phonon coupling. To substantiate the recently announced xy potential in the literature, we create a two-channel model to separately superimpose the dynamics of the electron in the upper and lower tetrahedral plane. The results of our two-channel model support the literature data. While the scientists are still searching for a universal DFT functional that can describe the pairing mechanism of all iron-based superconductors, we are designing an empirical combination of DFT functional to calculate the electron-phonon coupling and antiferromagetism of LiFeAs, NaFeAs and FeSe. We use ARPES data to revise the electron-phonon scattering matrix in superconducting state to ensure that all electrons involved in iron-based superconductivity are included in the ab-inito calculation. We present an ab-initio theoretical approach that takes into account this amplifying effect of antiferromagnetism and the correction of the electron-phonon scattering matrix together with the abnormal soft out-of-plane lattice vibration of the layered structure, which allows us to calculate theoretical Tc values of LiFeAs, NaFeAs and FeSe as a function of pressure that correspond reasonably well to the experimental values.

研究动机与目标

• 为铁基超导体中电子-声子耦合被低估的作用提供解释，特别是针对NaFeAs、LiFeAs和FeSe。
• 研究反铁磁涨落及由此产生的xy势如何增强电子-声子耦合。
• 开发一种经验性DFT泛函组合，以准确捕捉反铁磁性与电子-声子耦合。
• 利用ARPES数据校正电子-声子散射矩阵，以确保所有相关电子均被包含在从头算计算中。
• 预测压力依赖的Tc值，使其与三种铁基超导体的实验观测结果一致。

提出的方法

• 构建双通道模型，分别模拟FeAs层中上下四面体平面内的电子动力学。
• 将反铁磁涨落及由此产生的xy势整合进电子-声子耦合框架。
• 利用ARPES数据修正超导态下的电子-声子散射矩阵，以提高计算精度。
• 将层状结构中特有的异常面外晶格振动软化特征纳入理论模型。
• 应用经验性DFT泛函组合，以同时描述反铁磁性和电子-声子耦合。
• 计算理论Tc值随压力的变化，并与实验测量结果进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 反铁磁涨落是否能显著增强铁基超导体中的电子-声子耦合？
• RQ2 由反铁磁性诱导的xy势在FeAs基体系中对超导配对的增强程度如何？
• RQ3 如何利用ARPES导出的修正来提高从头算模型中电子-声子耦合计算的准确性？
• RQ4 统一的理论模型是否能够以定量一致性预测NaFeAs、LiFeAs和FeSe在压力下的Tc值？
• RQ5 异常的面外晶格软化在这些超导体中电子配对的介导作用是什么？

主要发现

• 双通道模型成功再现了文献中报道的xy势效应，验证了其在理论框架中的合理性。
• 引入ARPES校正的电子-声子散射矩阵显著改善了对超导态下电子行为的描述。
• 该模型预测的LiFeAs、NaFeAs和FeSe在压力下的Tc值与实验数据具有合理的定量一致性。
• 反铁磁涨落及由此产生的xy势被证明对电子-声子耦合具有显著的增强作用。
• 层状结构中异常的面外晶格振动软化被识别为增强超导性的关键因素。
• 经验性DFT泛函组合使得在三种材料中对反铁磁性和电子-声子耦合的计算实现了一致且准确的描述。