铁硒超导体中的铁空位掺杂、杂质散射效应及自旋涨落效应的理论研究

The understanding of Fe selenides is considerably less settled than in Fe pnictides. The relation between antiferromagnetism (AF) and superconductivity (SC) is not clear at the moment. This project proposes to study the Fe vacancy doping effects in the range 1.6<y<2 for alkaline intercalated Fe selenides AxFeySe2, based on a phenomenological two-orbital model. We will give an evidence of the evolution of the AF and SC for intermediate doping levels and get the phase diagram, and further discuss the evolution of the Fermi surface topology. This proposal will also investigate the necessity of the localized magnetic interaction and the effect of the spin fluctuation, to predict the pairing symmetry of the superconducting state. We have two schemes to study the spin susceptibility and compare the results with the inelastic neutron scattering experiments. Then with the optimized theoretical model, we will examine the impurity effect, in response to recent scanning tunneling microscopy experiments.

相比于铁砷超导体，铁硒超导材料具有其独有的特征。目前，关于铁硒超导体中反铁磁性与超导电性的关系、及其超导配对对称性等问题都尚无定论。本申请拟从两轨道模型出发,系统研究碱金属掺杂的铁硒超导材料AxFeySe2中铁空位掺杂效应(1.6<y<2)，给出随着掺杂浓度的改变，其反铁磁性和超导电性的演化过程,进而给出其基态相图；研究费米面拓扑结构的演化过程。本申请也将探究局域海森堡自旋相互作用和自旋涨落在铁硒超导体中的作用及体系的超导配对对称性；拟通过spin-fermion和BCS两种研究方案计算自旋磁化率，进而与非弹性中子散射实验结果对比。在改进的理论模型基础上，我们研究杂质散射效应，以期为最近铁硒超导材料中的扫描隧道显微镜实验结果提供一个合理的理论解释。

本项目从两轨道模型出发,同时计入次近邻配对势和最近邻配对势，对铁硒超导体AxFeySe2与铁砷超导体Ba(Fe1−xCoxAs)2给出了统一的相图描述。随着电子掺杂浓度的改变，s_{±}可以演化到d波配对对称性，且在中间临界区域，存在着s_{±}+id的配对态。在此基础上，研究了费米面拓扑结构随掺杂电子浓度的演化过程。用转移矩阵方法研究了杂质散射效应，分别计算了最佳掺杂浓度和欠掺杂浓度下，由一个弱杂质所引起的局域态密度的能量依赖性调制, 我们得到的数值计算结果也表现出了和铁基超导材料中的STM准粒子干涉实验测量结果相同的浓度依赖特征。探讨了在近邻铁磁关联的海森堡模型中，局域自旋相互作用的阻挫效应及自旋涨落对其基态相图的影响，讨论了一些较具物理意义的手征态、二聚化态及倾斜相的存在。我们将进一步计算铁基超导系统的自旋磁化率。以上工作已发表论文2篇，还有部分工作结果待整理投稿。相关工作结果对理解超导体及低维自旋系统中各种相的存在和竞争机制、对铁基超导体中掺杂和杂质散射效应有重要的参考意义。