Here we show that the 2.80(8) μB/Fe block antiferromagnetic order of BaFe2Se3 transforms into stripe antiferromagnetic order in KFe2Se3 with a decrease in moment to 2.1(1) μB/Fe. This reduction is larger than expected from the change in electron count from Ba$^{2+}$ to K$^{+}$, and occurs with the loss of the displacements of Fe atoms from ideal positions in the ladders, as found by neutron pair distribution function analysis. Intermediate compositions remain insulating, and magnetic susceptibility measurements show a suppression of magnetic order and probable formation of a spin-glass. Together, these results imply an orbital-dependent selection of magnetic versus bonded behavior, driven by relative bandwidths and fillings.
Coexistence of localized and itinerant magnetism in newly discovered iron-selenide superconductor LiFeO2Fe2Se2
采用第一性原理方法研究了LiFeO $_{2}$ Fe $_{2}$ Se $_{2}$的电子结构和磁性.在LiFeO $_{2}$层中,Fe 1的基态为N $\acute{e}$ el反铁磁(AFM)Mott绝缘态,具有局域磁性;在Fe $_{2}$ Se $_{2}$层中,Fe 2的基态为条纹状AFM金属态,具有巡游磁性;此外,层状LiFeO $_{2}$被发现是超过一个绝缘块层,但负责增强AFM相关的Fe $_{2}$ Se $_{2}$层通过层间磁耦合。Fe 1和Fe 2的磁性之间的相互作用引入了与铁基超导体中的超导性相关的自旋涨落的控制机制。
Robust block magnetism in the spin ladder compound BaFe$_2$Se$_3$ under hydrostatic pressure
大多数铁基超导体(FeSC)具有二维正方形晶格结构。最近的报道中的压力诱导超导自旋梯系统,BaFe $_2$ X $_3$(X =S,Se),介绍了准一维原型和绝缘母体化合物的FeSC。在这里,我们报告的X射线,中子衍射和μ子自旋弛豫实验BaFe $_2$ Se $_3$在静水压力下,调查其磁和结构特性的压力-温度相图。在3.7(3)GPa的压力下发现了结构相变。在6.8(3)GPa和120 K下的中子衍射测量表明,即使在这些高压下,块体磁性仍然存在。磁转变温度$T\rm_N$的稳定增加和随后的快速下降以及压力$P_s$以上的力矩的大大减小表明在该梯形系统中接近超导相的潜在的富相和竞争相。
The Unexpected Properties of Alkali Metal Iron Selenide Superconductors
铁基超导体含有作为晶体结构中的基本构建块的FeAs层,在过去已经使用基于当存在弱Hubbard $U$相互作用时空穴和电子袋的费米表面嵌套的想法来合理化。考虑到母体化合物中的磁矩值很小,以及基于所需电子和空穴袋的光电发射实验的明确证据,这种方法似乎是合适的。然而,最近的结果在碱金属铁硒化物的背景下,具有通用化学组成$A_x$ Fe $_{2-y}$ Se $_2$($A$ =碱元素),已经彻底挑战了这些先前的想法,因为在特定的组成$y$的低温基态是绝缘的,并显示具有大的铁磁矩的反铁磁性磁序。此外,角分辨光电发射研究已经揭示了在这些材料中的费米能级处没有空穴袋。这一令人兴奋的研究领域的现状,有可能改变概念上我们的铁基超导体的理解,在这里进行审查,包括实验和理论研究。本文还简要地介绍了近年来有关的其他进展,如硒化物双梯结构的研究和单层FeSe超导性的发现。文中讨论了为碱金属硒化铁建立的概念问题,以及仍需进一步工作的几个问题。
Gradual Enhancement of Stripe-Type Antiferromagnetism in Spin Ladder Material BaFe$_2$S$_3$ Under Pressure
我们报告的压力依赖的中子衍射和μ子自旋弛豫/旋转测量结合第一性原理计算,调查的结构,磁性和电子性质的BaFe $_2$ S $_3$在压力下。实验结果表明,随着压力的增加,条纹型有序温度逐渐增强至2.6 GPa,有序矩的大小没有明显的变化。从头计算表明,磁性是高度敏感的Fe-S键长和角度,澄清与以前发表的结果的差异。与我们的实验观察相反,计算预测的有序矩与压力的单调减少。我们认为,条纹型反铁磁性的鲁棒性是由于强的电子相关没有充分考虑在计算中。
Electronic Structure of KFe$_2$Se$_2$ from First Principles Calculations
采用第一性原理计算方法研究了铁硒化物KFe $_2$ Se $_2$的电子结构和磁性.基态为条状反铁磁,Fe原子上的磁矩为2.26 $μ_B$,$J_1$、$J_2$耦合强度分别为0.038 eV和0.029 eV. $E_F$周围的状态由Fe-3d轨道主导,其与Se-4p轨道显著杂化。虽然KFe $_2$ Se $_2$的能带结构类似于重电子掺杂的BaFe $_2$ As $_2$或FeSe系统,但KFe $_2$ Se $_2$的费米面更接近于\fs 11系统,因为$M$周围的电子片相对于$x$交换是对称的。这些特征,以及费米面嵌套的情况下,表明父母KFe $_2$ Se $_2$可以被视为电子过掺杂11系统与可能的本地矩磁性。
Electronic Origin of Ferromagnetic Excitations in the Candidate Spin-Triplet Superconductor CeSb2
Shanghai Research Center for Quantum Sciences(上海量子科学研究中心);Fudan University(复旦大学);Chinese Academy of Sciences(中国科学院);University of Science and Technology of China(中国科学技术大学)
Pressure-driven phase transition from antiferromagnetic semiconductor to nonmagnetic metal in two-leg ladders $A$Fe$_2$$X$$_3$ ($A$=Ba or K, $X$=S or Se)
BaFe $_2$ S $_3$ [Takahashi { \it et al.},Nat.板牙. { \bf 14},1008(2015)]已经激发了对123型铁硫属化物的相当大的兴趣。这种材料是第一个报道的铁基双腿梯形超导体,而不是铁超导体家族的主流二维层状结构。一旦流体静压超过$11$ GPa,BaFe $_2$ S $_3$在低于$24$ ~K时从半导体变为超导体。虽然以前的计算正确地解释了它的基态磁态和电子结构,压力诱导的相变没有成功地再现。在这项工作中,我们的第一性原理计算发现,随着压力的增加,晶格常数以及局部磁矩逐渐被抑制,随后在临界压力下发生一阶磁转变,局部磁矩突然下降到零。我们的计算表明,由电子从S转移到Fe引起的自掺杂可能在这种转变中起着关键作用。在高压下形成一种非金属相可能为超导性铺平道路。作为这一努力的延伸,还研究了另外两种123型铁硫族化物KFe $_2$ S $_3$和KFe $_2$ Se $_3$。KFe $_2$ S $_3$随压力增加也显示一级相变,但KFe $_2$ Se $_3$显示二级或弱一级相变。用于KFe $_2$ S $_3$和KFe $_2$ Se $_3$的淬灭磁性所需的压力高于BaFe $_2$ S $_3$。进一步的实验可以证实BaFe $_2$ S $_3$和KFe $_2$ S $_3$中预测的一级跃迁性质,以及其他123…
Nanoscale phase separation of antiferromagnetic order and superconductivity in K$_{0.75}$Fe$_{1.75}$Se$_2$
本文报道了铁硒化物超导体K $_{0.75}$ Fe $_{1.75}$ Se $_2$的面内光谱研究。测量结果表明,在T $_c$以下,在相对非相干的电子背景下,在比超导能隙小得多的频率下,出现了尖锐的反射边,这是迄今为止在任何其他铁基超导体中都没有看到的现象。此外,该特征可以被显著抑制并通过适度的磁场向较低频率偏移。我们的分析表明,这种边缘结构产生的约瑟夫森耦合等离子体激元的超导冷凝的发展。结合透射电子显微镜分析,我们的研究为超导性和磁性之间存在纳米级相分离提供了令人信服的证据。这些结果也使我们能够理解从不同技术探测到的各种看似有争议的实验数据。
Sequential structural and antiferromagnetic transitions in BaFe$_2$Se$_3$ under pressure
在两条腿的梯形化合物BaFe $_2$ S $_3$中发现了超导电性,确立了123型铁硫族化合物作为铁基超导体家族中一个新的和有趣的亚群。然而,在这个123系列中,BaFe $_2$ Se $_3$是例外的成员,具有不同于所有其他的磁性顺序和晶体结构。最近,一个令人兴奋的实验报道了BaFe $_2$ Se $_3$在高压下出现超导性[J. - J. Ying等人,Rev. B 95,241109(R)(2017)]。在这篇文章中,我们报告了BaFe $_2$ Se $_3$的第一性原理研究。我们的分析揭示了BaFe $_2$ S $_3$和BaFe $_2$ Se $_3$之间的各种定性差异,包括在后者中,随着压力的增加,一个意想不到的转变链。首先,通过逐渐减小铁梯的倾斜角度,晶体结构在~6 GPa下从Pnma平滑地转变为Cmcm。第二,系统在10.4 GPa下变成金属。第三,其独特的环境压力Block反铁磁基态被~12 GPa下更常见的CX反铁磁序取代,与123-S阶梯的磁态相同。这种转变是在与实验超导转变非常相似的压力下发现的。最后,所有的磁矩在30 GPa时消失。这份完整的相演化理论图非常重要,因为在高压实验中捕获许多物理性质的技术挑战。计算结果表明BaFe $_2$ Se $_3$和BaFe $_2$ S $_3$的超导性具有不同的特征:在123-S中,当磁矩消失时,出现配…
Spin Waves and magnetic exchange interactions in insulating Rb$_{0.89}$Fe$_{1.58}$Se$_2$
碱性铁硒化物$A$ Fe $_{1.6+x}$ Se $_2$($A=$ K,Rb,Cs)超导体的发现在凝聚态物理学界引起了相当大的兴奋,因为这些材料中的超导性可能与符号反转的s波电子配对机制有不同的起源,这是所有其他铁基超导体的主要候选者。虽然$A$ Fe $_{1.6+x}$ Se $_2$与金属反铁磁(AF)铁磷属元素化物(如(Ba,Ca,Sr)Fe $_2$ As $_2$)是同构的,但它们是$x=0$附近的绝缘体,并形成与铁磷属元素化物完全不同的$\sqrt{5}\times\sqrt{5}$阻断AF结构(图1a)。如果磁性是所有铁基材料的超导性的原因,那么确定它们共同的磁性特征就很重要。在这里,我们使用中子散射映射出AF绝缘Rb $_{0.89}$ Fe $_{1.58}$ Se $_2$中的自旋波。我们发现,虽然Rb $_{0.89}$ Fe $_{1.58}$ Se $_2$的N $\rm \acute{e}$ el温度($T_N=475$ K)远高于铁磷属元素化物($T_N\leq 220$ K),这两类材料的自旋波具有相似的区域边界能。比较Rb $_{0.89}$ Fe $_{1.58}$ Se $_2$、(Ba,Ca,Sr)Fe $_2$ As $_2$和铁硫属化物Fe $_{1.05}$ Te中使用局部矩海森堡哈密顿量拟合的有效交换耦合,揭示它们的次近邻(N…