铁基超导体多轨道模型中的电子关联与轨道选择

俞榕

doi:10.7498/aps.64.217102

摘要

大部分铁基超导体的正常态呈现坏金属行为, 这表明体系中存在较强的电子关联效应. 最近的实验与理论研究显示, 铁基超导体中的电子关联具有多轨道的特征. 本文介绍与评论铁基超导体多轨道哈伯德模型中电子关联方面理论研究的最新进展; 着重讨论以隶自旋技术为代表的一系列量子多体计算方法在研究多轨道系统中金属绝缘体相变的应用. 理论计算给出了铁基超导体多轨道哈伯德模型基于电子关联的基态相图. 在对应母体化合物的电子填充数时, 基态存在从金属到绝缘体的莫特转变. 临近莫特转变, 体系呈现坏金属行为; 其电子性质存在较强的轨道选择性. 轨道选择性的强弱与体系中的洪德耦合和轨道的晶体场劈裂密切相关. 对钾铁硒系统, 研究发现其基态相图存在轨道选择莫特相: 其中铁的3d xy轨道已被莫特局域化, 但其他3d轨道电子仍具有巡游性. 这一新相的发现, 对理解以钾铁硒为代表的一大类铁基超导体正常态与超导之间的联系提供了重要线索.

关键词:

Abstract

We review the recent theoretical progress of the multiorbital effects on the electron correlations in iron-based superconductors. Studying the metal-to-insulator transitions of the multiorbital Hubbard models for parent compounds of iron-based superconductors, a Mott transition is generally realized. The natures of both the Mott insulating and the metallic phases are affected by the Hund's rule coupling. In alkaline iron selenides, Hund's rule coupling stabilizes a novel orbital-selective Mott phase, in which the iron 3d xy orbital is Mott localized, while other 3d orbitals are still itinerant. We discuss the effects of the orbital selectivity on normal state properties and the superconductivity of the iron-based systems.

Keywords:

作者及机构信息

俞榕

1.
中国人民大学物理系, 光电功能材料与微纳器件北京市重点实验室, 北京 100872

通信作者: 俞榕, rong.yu@ruc.edu.cn

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 11374361)和中央高校基本科研业务费(中国人民大学科学研究基金)(批准号: 2014030193) 资助的课题.

Authors and contacts

Yu Rong

1.
Beijing Key Laboratory of Opto-electronic Functional Materials & Micro-nano Devices, Department of Physics, Renmin University of China, Beijing 100872, China

Corresponding author: Yu Rong, rong.yu@ruc.edu.cn

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 11374361) and the Fundamental Research Funds for the Central Universities, China (the Research Funds of Remnin University of China) (Grant No. 2014030193).

参考文献

[1]	Kamihara Y, Watanabe T, Hirano M, Hosono H 2008 J. Am. Chem. Soc. 130 3296
[2]	Ren Z A, Lu W, Yang J, et al. 2008 Chin. Phys. Lett. 25 2215
[3]	Hsu F C, Luo J Y, Yeh K W, et al. 2008 Proc. Natl. Acad. Sci. USA 105 14262
[4]	Guo J, Jin S, Wang G, et al. 2010 Phys. Rev. B 82 180520
[5]	Fang M, Wang H D, Dong C H, et al. 2011 Euro Phys. Lett. 94 27009
[6]	Wang Q Y, Li Z, Zhang W H, et al. 2012 Chin. Phys. Lett. 29 037402
[7]	He S, He J, Zhang W, et al. 2013 Nat. Mater. 12 605
[8]	Lee J J, Schmitt F T, Moore R G, et al. 2014 Nature 515 245
[9]	Zhang Z, Wang Y, Song Q, et al. 2015 Sci. Bull. 60 1301
[10]	Ge J F, Liu Z L, Liu C, et al. 2015 Nat. Mater. 14 285
[11]	Bardeen J, Cooper L, Schrieffer J R 1957 Phys. Rev. 106 162
[12]	Cho A 2010 Science 327 1320
[13]	de la Cruz C, Huang Q, Lynn J W, et al. 2008 Nature 453 899
[14]	Yi M, Lu D H, Analytis J G, et al. 2009 Phys. Rev. B 80 024515
[15]	Hussey N E, Takenaka K, Takagi H 2004 Philoso. Mag. 84 2847
[16]	Qazilbash M, Hamlin J J, Baumbach R E, et al. 2009 Nat. Phys. 5 647
[17]	Liu M, Harriger L W, Luo H, et al. 2012 Nat. Phys. 8 376
[18]	Tamai A, Ganin A Y, Rozbicki E, et al. 2010 Phys. Rev. Lett. 104 097002
[19]	Yi M, Lu D H, Yu R, et al. 2013 Phys. Rev. Lett. 110 067003
[20]	Yi M, Liu Z K, Zhang Y et al. 2015 Nat. Commun. 6 7777
[21]	Bao W, Huang Q Z, Chen G F, et al. 2011 Chin. Phys. Lett. 28 086104
[22]	Castellani C, Natoli C R, Ranninger J 1978 Phys. Rev. B 18 4945
[23]	Kotliar G, Ruckenstein A E 1986 Phys. Rev. Lett. 57 1362
[24]	Florens S, Georges A 2004 Phys. Rev. B 70 035114
[25]	de'Medici, L Georges A, Biermann S 2005 Phys. Rev. B 72 205124
[26]	Hassan S R, de'Medici L 2010 Phys. Rev. B 81 035106
[27]	Yu R, Si Q 2012 Phys. Rev. B 86 085104
[28]	Yu R, Si Q 2013 Phys. Rev. Lett. 110 146402
[29]	Zhu J X, Yu R, Wang H, et al. 2010 Phys. Rev. Lett. 104 216405
[30]	Yu R, Zhu J X, Si Q 2011 Phys. Rev. Lett. 106 186401
[31]	Goswami P, Nikolic P, Si Q 2010 Europhys. Lett. 91 37006
[32]	Yu R, Goswami P, Si Q, Nikolic P, Zhu J X 2013 Nat. Commun. 4 2783
[33]	Yu R, Zhu J X, Si Q 2014 Phys. Rev. B 89 024509
[34]	Ge Q Q, Ye Z R, Xu M, et al. 2013 Phys. Rev. X 3 011020
[35]	Zhang C, Yu R, Su Y, et al. 2013 Phys. Rev. Lett. 111 207002
[36]	Nica E, Yu R, Si Q 2015 arXiv:1505.04170
[37]	Mou D, Liu S, Jia X, et al. 2011 Phys. Rev. Lett. 106 107001
[38]	Wang X P, Qian T, Richard P, et al. 2011 Europhys. Lett. 93 57001
[39]	Wang X P, Richard P, Shi X, et al. 2012 Europhys. Lett. 99 67001
[40]	Park J T, Friemel G, Li Y, et al. 2011 Phys. Rev. Lett. 107 177005
[41]	Friemel G, Park J T, Maier T A, et al. 2012 Phys. Rev. B 85 140511
[42]	Sato T, Nakayama K, Sekiba Y, et al. 2009 Phys. Rev. Lett. 103 047002
[43]	Reid J-Ph, Tanatar M A, Juneau-Fecteau A, et al. 2012 Phys. Rev. Lett. 109 087001
[44]	Okazaki K, Ota Y, Kotani Y, et al. 2012 Science 337 1314
[45]	Hong X C, Li X L, Pan B Y, et al. 2013 Phys. Rev. B 87 144502
[46]	Zhang Z, Wang A F, Hong X C, et al. 2015 Phys. Rev. B 91 024502
[47]	Hardy F, Böhmer A E, Aoki D, et al. 2013 Phys. Rev. Lett. 111 027002
[48]	Wang A F, Pan B Y, Luo X G, et al. 2013 Phys. Rev. B 87 214509
[49]	Wang P, Zhou P, Dai J, et al. 2015 arXiv:1503.08298
[50]	Eilers F, Grube K, Zocco D A, et al. 2015 arXiv:1510.01857

施引文献

[1]	Kamihara Y, Watanabe T, Hirano M, Hosono H 2008 J. Am. Chem. Soc. 130 3296
[2]	Ren Z A, Lu W, Yang J, et al. 2008 Chin. Phys. Lett. 25 2215
[3]	Hsu F C, Luo J Y, Yeh K W, et al. 2008 Proc. Natl. Acad. Sci. USA 105 14262
[4]	Guo J, Jin S, Wang G, et al. 2010 Phys. Rev. B 82 180520
[5]	Fang M, Wang H D, Dong C H, et al. 2011 Euro Phys. Lett. 94 27009
[6]	Wang Q Y, Li Z, Zhang W H, et al. 2012 Chin. Phys. Lett. 29 037402
[7]	He S, He J, Zhang W, et al. 2013 Nat. Mater. 12 605
[8]	Lee J J, Schmitt F T, Moore R G, et al. 2014 Nature 515 245
[9]	Zhang Z, Wang Y, Song Q, et al. 2015 Sci. Bull. 60 1301
[10]	Ge J F, Liu Z L, Liu C, et al. 2015 Nat. Mater. 14 285
[11]	Bardeen J, Cooper L, Schrieffer J R 1957 Phys. Rev. 106 162
[12]	Cho A 2010 Science 327 1320
[13]	de la Cruz C, Huang Q, Lynn J W, et al. 2008 Nature 453 899
[14]	Yi M, Lu D H, Analytis J G, et al. 2009 Phys. Rev. B 80 024515
[15]	Hussey N E, Takenaka K, Takagi H 2004 Philoso. Mag. 84 2847
[16]	Qazilbash M, Hamlin J J, Baumbach R E, et al. 2009 Nat. Phys. 5 647
[17]	Liu M, Harriger L W, Luo H, et al. 2012 Nat. Phys. 8 376
[18]	Tamai A, Ganin A Y, Rozbicki E, et al. 2010 Phys. Rev. Lett. 104 097002
[19]	Yi M, Lu D H, Yu R, et al. 2013 Phys. Rev. Lett. 110 067003
[20]	Yi M, Liu Z K, Zhang Y et al. 2015 Nat. Commun. 6 7777
[21]	Bao W, Huang Q Z, Chen G F, et al. 2011 Chin. Phys. Lett. 28 086104
[22]	Castellani C, Natoli C R, Ranninger J 1978 Phys. Rev. B 18 4945
[23]	Kotliar G, Ruckenstein A E 1986 Phys. Rev. Lett. 57 1362
[24]	Florens S, Georges A 2004 Phys. Rev. B 70 035114
[25]	de'Medici, L Georges A, Biermann S 2005 Phys. Rev. B 72 205124
[26]	Hassan S R, de'Medici L 2010 Phys. Rev. B 81 035106
[27]	Yu R, Si Q 2012 Phys. Rev. B 86 085104
[28]	Yu R, Si Q 2013 Phys. Rev. Lett. 110 146402
[29]	Zhu J X, Yu R, Wang H, et al. 2010 Phys. Rev. Lett. 104 216405
[30]	Yu R, Zhu J X, Si Q 2011 Phys. Rev. Lett. 106 186401
[31]	Goswami P, Nikolic P, Si Q 2010 Europhys. Lett. 91 37006
[32]	Yu R, Goswami P, Si Q, Nikolic P, Zhu J X 2013 Nat. Commun. 4 2783
[33]	Yu R, Zhu J X, Si Q 2014 Phys. Rev. B 89 024509
[34]	Ge Q Q, Ye Z R, Xu M, et al. 2013 Phys. Rev. X 3 011020
[35]	Zhang C, Yu R, Su Y, et al. 2013 Phys. Rev. Lett. 111 207002
[36]	Nica E, Yu R, Si Q 2015 arXiv:1505.04170
[37]	Mou D, Liu S, Jia X, et al. 2011 Phys. Rev. Lett. 106 107001
[38]	Wang X P, Qian T, Richard P, et al. 2011 Europhys. Lett. 93 57001
[39]	Wang X P, Richard P, Shi X, et al. 2012 Europhys. Lett. 99 67001
[40]	Park J T, Friemel G, Li Y, et al. 2011 Phys. Rev. Lett. 107 177005
[41]	Friemel G, Park J T, Maier T A, et al. 2012 Phys. Rev. B 85 140511
[42]	Sato T, Nakayama K, Sekiba Y, et al. 2009 Phys. Rev. Lett. 103 047002
[43]	Reid J-Ph, Tanatar M A, Juneau-Fecteau A, et al. 2012 Phys. Rev. Lett. 109 087001
[44]	Okazaki K, Ota Y, Kotani Y, et al. 2012 Science 337 1314
[45]	Hong X C, Li X L, Pan B Y, et al. 2013 Phys. Rev. B 87 144502
[46]	Zhang Z, Wang A F, Hong X C, et al. 2015 Phys. Rev. B 91 024502
[47]	Hardy F, Böhmer A E, Aoki D, et al. 2013 Phys. Rev. Lett. 111 027002
[48]	Wang A F, Pan B Y, Luo X G, et al. 2013 Phys. Rev. B 87 214509
[49]	Wang P, Zhou P, Dai J, et al. 2015 arXiv:1503.08298
[50]	Eilers F, Grube K, Zocco D A, et al. 2015 arXiv:1510.01857

[1]	李更, 丁洪, 汪自强, 高鸿钧. 铁基超导体中的马约拉纳零能模及其阵列构筑. 物理学报, 2024, 73(3): 030302. doi: 10.7498/aps.73.20232022
[2]	闻海虎. 高温超导体磁通钉扎和磁通动力学研究简介. 物理学报, 2021, 70(1): 017405. doi: 10.7498/aps.70.20201881
[3]	胡江平. 探索非常规高温超导体. 物理学报, 2021, 70(1): 017101. doi: 10.7498/aps.70.20202122
[4]	李妙聪, 陶前, 许祝安. 铁基超导体的输运性质. 物理学报, 2021, 70(1): 017404. doi: 10.7498/aps.70.20201836
[5]	孔令元, 丁洪. 铁基超导涡旋演生马约拉纳零能模. 物理学报, 2020, 69(11): 110301. doi: 10.7498/aps.69.20200717
[6]	金士锋, 郭建刚, 王刚, 陈小龙. 新型FeSe基超导材料研究进展. 物理学报, 2018, 67(20): 207412. doi: 10.7498/aps.67.20181701
[7]	牟刚, 马永辉. 铁基超导1111体系CaFeAsF的单晶生长和物性研究. 物理学报, 2018, 67(17): 177401. doi: 10.7498/aps.67.20181371
[8]	李世亮, 刘曌玉, 谷延红. 利用单轴压强下的电阻变化研究铁基超导体中的向列涨落. 物理学报, 2018, 67(12): 127401. doi: 10.7498/aps.67.20180627
[9]	王志成, 曹光旱. 新型交生结构自掺杂铁基超导体. 物理学报, 2018, 67(20): 207406. doi: 10.7498/aps.67.20181355
[10]	顾强强, 万思源, 杨欢, 闻海虎. 铁基超导体的扫描隧道显微镜研究进展. 物理学报, 2018, 67(20): 207401. doi: 10.7498/aps.67.20181818
[11]	林桐, 胡蝶, 时立宇, 张思捷, 刘妍琦, 吕佳林, 董涛, 赵俊, 王楠林. 铁基超导体Li0.8Fe0.2ODFeSe的红外光谱研究. 物理学报, 2018, 67(20): 207102. doi: 10.7498/aps.67.20181401
[12]	王乃舟, 石孟竹, 雷彬, 陈仙辉. FeSe基超导体的探索与物性研究. 物理学报, 2018, 67(20): 207408. doi: 10.7498/aps.67.20181496
[13]	龚冬良, 罗会仟. 铁基超导体中的反铁磁序和自旋动力学. 物理学报, 2018, 67(20): 207407. doi: 10.7498/aps.67.20181543
[14]	郭静, 吴奇, 孙力玲. 高压下的铁基超导体:现象与物理. 物理学报, 2018, 67(20): 207409. doi: 10.7498/aps.67.20181651
[15]	赵敬龙, 董正超, 仲崇贵, 李诚迪. 量子线/铁基超导隧道结中隧道谱的研究. 物理学报, 2015, 64(5): 057401. doi: 10.7498/aps.64.057401
[16]	杜增义, 方德龙, 王震宇, 杜冠, 杨雄, 杨欢, 顾根大, 闻海虎. 铁基超导体FeSe0.5Te0.5表面隧道谱的研究. 物理学报, 2015, 64(9): 097401. doi: 10.7498/aps.64.097401
[17]	李世超, 甘远, 王靖珲, 冉柯静, 温锦生. 铁基超导体Fe1+yTe1-xSex中磁性的中子散射研究. 物理学报, 2015, 64(9): 097503. doi: 10.7498/aps.64.097503
[18]	李政, 周睿, 郑国庆. 铁基超导体的量子临界行为. 物理学报, 2015, 64(21): 217404. doi: 10.7498/aps.64.217404
[19]	李斌, 邢钟文, 刘楣. LiFeAs超导体中磁性与声子软化. 物理学报, 2011, 60(7): 077402. doi: 10.7498/aps.60.077402
[20]	刘甦, 李斌, 王玮, 汪军, 刘楣. 铁基化合物 SrFeAsF以及 Co掺杂超导体SrFe0.875Co0.125AsF的电子结构和磁性. 物理学报, 2010, 59(6): 4245-4252. doi: 10.7498/aps.59.4245

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