Научные исследования и технические разработки
по физике. Новости, факты, люди, интервью. Теория и практика.
Каталог статей. Каталог ссылок. Форум. Научно-технические разработки.
Документация, библиотека.
Палата мер и весов. Работа
для физиков. Юмор, сатира, лирика.
Новый взгляд на электронную структуру безмедного ВТСП BaFe2As2
В зависимости от силы межэлектронного взаимодействия все известные сверхпроводники можно условно разделить на два больших класса: слабокоррелированные (например, MgB2) и сильнокоррелированные (например, купратные ВТСП). Первые хорошо описываются в рамках простых одночастичных моделей, а механизм сверхпроводимости в них – фононный, тогда как для вторых единого подхода к описанию электронной структуры и механизма спаривания пока не выработано.
При расчете электронных характеристик сильнокоррелированных материалов используются различные подходы, включая, например, теорию функционала плотности (density functional theory, DFT), динамическую теорию среднего поля (dynamical mean-field theory, DMFT) и др., каждый из которых имеет свои плюсы и минусы, причем не всегда понятно, какой из этих подходов более адекватно отражает экспериментальную ситуацию.
Фазовая диаграмма BaFe2As2 в координатах температура – концентрация дырок x.
Пунктирная линия – граница области, в которой показатель a в зависимости S ~ wa меньше единицы. Сплошная линия соответствует a = 0.5.
В безмедных ВТСП на основе железа межэлектронные корреляции тоже значительны (хотя и сильно разнятся в разных семействах), но экспериментальные данные для этих сверхпроводников более противоречивы, чем для купратов: до сих пор предметом дискуссий остаются вопросы о поверхностях Ферми, эффективных массах носителей и пр. В работе [1] (Швейцария, Франция, Япония, Швеция, США) обращается внимание на существенную роль эффектов динамического экранирования кулоновского взаимодействия, которые приводят к частотной зависимости энергии одноцентрового кулоновского отталкивания d-электронов атомов Fe и ранее в полной мере не учитывались. Используя комбинированный метод DFT+DMFT в сочетании с квантовым методом Монте-Карло, авторы [1] на конкретном примере BaFe2As2 (соединение типа 122) показали, что эти эффекты не только важны для понимания поведения спектральной функции при больших энергиях (корреляционные сателлиты, наблюдающиеся в экспериментах по фотоэмиссии), но и сильно влияют на низкоэнергетические электронные возбуждения. Так, при близком к оптимальному уровне допирования (число дырок на атом Fe: x = 0.2) и T = 145 К собственная энергия
S ~ wa, где a = 0.56, тогда как в ферми-жидкости a = 1 (угол наклона прямой S(w) при этом определяет перенормировку массы носителей). Следовательно, теория Ландау не применима к оптимально допированному BaFe2As2. Этим, по-видимому, и объясняется большой разброс величин эффективной массы, определяемых из данных фотоэмиссионной спектроскопии (интерпретация эксперимента основана на концепции квазичастиц Ландау, а их здесь просто нет…). Уменьшение дырочного допирования и его смена на электронное допирование приводит к восстановлению когерентной ферми-жидкости (при этом эффективная масса квазичастиц составляет 2-3 массы свободного электрона), тогда как при увеличении x скорость рассеяния резко возрастает и происходит переход в фазу некогерентного металла. Помимо допирования, электронная структура BaFe2As2 сильно зависит от температуры (см. рис.). В [1] отмечено, что критическая температура максимальна при величине x, соответствующей “замерзанию спинов”.
