[论文解读] Unconventional superconductivity originating from disconnected Fermi surfaces in LaO$_{1-x}$F$_x$FeAs}

Kazuhiko Kuroki, Seiichiro Onari+5 more|arXiv (Cornell University)|Mar 23, 2008

Iron-based superconductors research被引用 4

一句话总结

本研究采用五轨道铁 d 带模型与随机相位近似（RPA），探究 LaO$_{1-x}$F$_x$FeAs 中非传统超导性，发现由不连通费米面之间的嵌套所驱动的多重自旋涨落可稳定扩展 s 波配对，d 波配对则作为可行的替代方案。该工作揭示了电子拓扑结构在铁基体系中调控高温超导性的关键作用。

ABSTRACT

For a newly discovered iron-based high $T_c$ superconductor LaFeAsO$_{1-x}$F$_x$, we have constructed a minimal model, where inclusion of all the five Fe $d$ bands is found to be necessary. Random-phase approximation is applied to the model to investigate the origin of superconductivity. We conclude that the multiple spin fluctuation modes arising from the nesting across the disconnected Fermi surfaces realize an extended s-wave pairing, while d-wave pairing can also be another candidate.

研究动机与目标

• 理解铁基超导体 LaO$_{1-x}$F$_x$FeAs 中高温超导性的微观起源。
• 确定非传统配对机制（特别是自旋涨落介导的配对）是否源于该体系的电子结构。
• 评估不连通费米面及其嵌套在驱动超导配对对称性中的作用。
• 基于 RPA 得到的有效相互作用核，评估扩展 s 波与 d 波配对通道的相对稳定性。

提出的方法

• 构建一个包含所有铁 d 带的最小五轨道模型，以精确描述 LaO$_{1-x}$F$_x$FeAs 的电子结构。
• 采用随机相位近似（RPA）系统分析自旋涨落及其在介导电子配对中的作用。
• 分析不连通费米面片之间的嵌套特性，以识别主导的自旋涨落模式。
• 通过求解存在自旋涨落交换相互作用下的 BCS 型间隙方程，评估配对对称性。
• 基于 RPA 得到的有效相互作用核，比较扩展 s 波与 d 波配对通道的稳定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 LaO$_{1-x}$F$_x$FeAs 中的主导配对对称性是什么？其驱动力是什么？
• RQ2 由不连通费米面介导的自旋涨落如何促进超导性？
• RQ3 为何在该体系中建模超导性必须包含全部五个铁 d 带？
• RQ4 在该铁基超导体中，扩展 s 波配对能否与 d 波配对共存，或是否更具优势？

主要发现

• 由不连通费米面片之间嵌套所引发的多重自旋涨落模式，稳定了扩展 s 波配对。
• 必须包含全部五个铁 d 带，才能正确捕捉自旋涨落谱与配对机制。
• 与不连通费米面相关的自旋涨落产生一种有效吸引力，从而驱动超导性。
• d 波配对是另一种可能的配对通道，但自旋涨落机制更倾向于扩展 s 波配对。
• 该配对机制具有非传统特性，其根源在于电子拓扑结构，特别是不连通费米面片之间的嵌套。