Anschlussprojekte | Sonderprojekte

Förderbeginn 01.07.2010

Multiorbitalmodelle zur Beschreibung der magnetischen und supraleitenden Phasen in Eisen-Pniktiden

Prof. Dr. Arno Kampf
Universität Augsburg
Lehrstuhl für Theoretische Physik III

Prof. Dr. Doug J. Scalapino
University of California, Santa Barbara
Department of Physics


Die im Jahr 2008 entdeckte Supraleitung in Eisen-Pniktiden, die zur Zeit neben den Kupferoxid-Supraleitern die höchste Sprungtemperatur aufweisen, hat für großes Aufsehen gesorgt und weltweit eine beachtliche Forschungstätigkeit mit dem Ziel angeregt, die supraleitenden Eigenschaften dieser Materialien zu charakterisieren und zu verstehen. In Analogie zu den Kupferoxid-Supraleitern ist auch in den Pniktiden der supraleitende eng mit einem antiferromagnetischen Zustand verknüpft, und es liegt daher nahe, in diesen Materialien einen magnetischen Ursprung für die Supraleitung zu vermuten. Da mehrere, stark hybridisierte Energiebänder sich für die theoretische Modellierung der vorliegenden experimentellen Ergebnisse als wichtig erwiesen haben, ist das Ziel des hier vorgestellten Projektes, die magnetischen und supraleitenden Grundzustände der Eisen-Pniktide in einem realistischen Multiorbitalmodell zu beschreiben. Es ist geplant, die Raman-Lichtstreuintensitäten, die dynamische Spinsuszeptibilität und die optische Leitfähigkeit in der symmetriegebrochenen magnetischen Phase zu berechnen. Besonderes Augenmerk soll hierbei auf die Dotierungs- und die Druckabhängigkeit der elektronischen Struktur und der verschiedenen intra- und interorbitalen Wechselwirkungsparameter gelegt werden. Die bestimmten Bandstrukturen und die Wechselwirkungsstärken als Modellparameter werden in einem zweiten Schritt für eine Untersuchung der supraleitenden und magnetischen Eigenschaften dienen.

Abschlussbericht
Die Komplexität der Physik in Eisen-Pniktiden wird insbesondere dadurch belegt, dass in den verschiedenen Materialklassen der Pniktide unterschiedliche Symmetrien der supraleitenden Phase realisiert sind.

Die Symmetrie kann in einem ausgewählten Material sogar durch gezieltes Dotieren geändert werden. In der Zusammenarbveit von Dr. Graser mit Professor Scalapino wurden die charakteristischen Messgrössen für die inelastische Neutronenstreuung und die Röntgenstreuung theoretisch analysiert. Das spektrale Gewicht ausgewählter Phononen erwies sich dabei als eine geeignete Signatur für die Identifizierung der Symmetrie der supraleitenden Phase. Die für die Modellierung der elektronischen Eigenschaften der Eisen-Pniktide verwendeten Methoden wurden auch zeitnah auf die 2010 entdeckten Eisen-Selen-Supraleiter mit der hohen kritischen Sprungtemperatur von 30 K übertragen. Die Struktur der Wechselwirkung fuer die Paarbildung von Elektronen wurde berechnet und führte zu der Vorhersage, dass eine durch Spinfluktuationen induzierte Supraleitung in den Eisen-Selen-Supraleitern d- Wellen-Symmetrie haben sollte. Ein expliziter experimenteller Test zur Verifizierung durch inelastische Neutronenstreuung wurde vorgeschlagen. Die Ergebnisse der durch BaCaTec geförderten fruchtbaren Zusammenarbeit zwischen der Universität Augsburg und der UC Santa Barbara wurden in zwei Publikationen (Rapid Commucications in Physical Review B) dokumentiert.