Новый метод расчета сверхпроводящего состояния в сверхпроводниках на основе железа

Недавнее открытие нового класса высокотемпературных сверхпроводников с Tc ~ 52 K на основе железа породило множество фундаментальных вопросов о механизме сверхпроводимости в этих слоистых веществах. Поскольку это первый после ВТСП купратов класс сверхпроводников со столь высокими значениями Tc, интерес научного сообщества к ним возник сразу и продолжает расти до сих пор. Это не в последнюю очередь обязано тому, что связь между необычной сверхпроводимостью, реализующейся в данном случае, и магнетизмом, является одной из самых интересных тем в теории твердого тела. Громадный опыт, накопленный при исследовании купратов, позволил в течение всего двух лет после открытия провести высокоточные эксперименты на сверхпроводниках на основе железа. За это же время было выдвинуто множество теорий и гипотез о природе сверхпроводимости в этих веществах. Мы сделали обзор экспериментов и теорий, относящихся к симметрии и структуре сверхпроводящей щели [1].

С точки зрения механизма сверхпроводящего спаривания, как спин-флуктуационные теории, так и ренормгрупповой анализ, являются довольно сложными численными методами. Но поскольку для спаривания важна амплитуда рассеяния в канале частица-частица на Ферми-поверхности, угловую зависимость этой амплитуды можно разложить по тем же гармоникам, что и параметр порядка Δk. Такой метод, LAHA (lowest angular harmonics approximation), разработанный нами, позволяет с помощью ограниченного набора параметров и без привлечения сложных расчётов описать спаривание в сверхпроводниках на основе железа как при малом допировании, так и в случаях экстремального допирования электронами или дырками [2].

Мы исследовали динамическое рассеяние квазичастиц на спиновых и зарядовых флуктуациях в сверхпроводниках на основе железа в 5-орбитальной модели с локальными взаимодействиями [3]. Главный вклад в массовый оператор вычислялся из диаграммы второго порядка с поляризационным оператором, вычисленным в приближении случайных фаз (RPA). Полученный вклад в амплитуду рассеяния оказался очень анизотропным на каждой из поверхностей Ферми. Мы выяснили, что причина анизотропии в импульсной зависимости спиновой восприимчивости и многоорбитальном составе каждой Ферми-поверхности. Совместный эффект анизотропии рассеяния и анизотропии эффективной массы привёл к различию проводимости, коэффициента Холла и наклона кривой рамановской интенсивности для электронов и дырок, что находится в качественном согласии с экспериментом. Мы рассмотрели проблему примесей в двухзонных сверхпроводниках и показали, что в рамках приближения T-матрицы подавление критической температуры сверхпроводящего перехода Tc может быть описано одним параметром. Этот параметр зависит от величин меж- и внутри-зонных примесных рассеяний. Показано, что Tc более устойчиво относительно рассеяния на немагнитных примесях, чем ожидается из теории Абрикосова-Горькова. В зависимости от усредненной величины потенциала спаривания обнаружили два режима: в одном Tc подавляется до нуля, а в другом остаётся конечным независимо от концентрации примесей. Мы выяснили, что единственный сценарий, в котором Tc не уходит в ноль при конечной концентрации примесей, это реализация перехода от s± симметрии к s++.

  1. P.J. Hirschfeld, M.M. Korshunov, and I.I. Mazin, Gap symmetry and structure of Fe-based superconductors, Rep. Prog. Phys. 74, 124508 (2011).
  2. S. Maiti, M.M. Korshunov, T.A. Maier, P.J. Hirschfeld, and A.V. Chubukov, Evolution of the Superconducting State of Fe-Based Compounds with Doping, Phys. Rev. Lett. 107, 147002 (2011).
  3. A.F. Kemper, M.M. Korshunov, T.P. Devereaux, J.N. Fry, H-P. Cheng, and P.J. Hirschfeld, Anisotropic quasiparticle lifetimes in Fe-based superconductors, Phys. Rev. B 83, 184516 (2011).