Gracias por el A2A. Quiero comenzar poniendo a los superconductores basados en Fe en un contexto histórico, y luego discutiré dos áreas de búsqueda teórica.
Contexto histórico
Antes de 2008, había un superconductor de alta temperatura en la ciudad: los cupratos. Todo esto cambió cuando la Tc de los materiales basados en Fe descubiertos en 2006 fue empujada a 26K (Superconductor Layered a base de hierro La [O1-xFx] FeAs (x = 0.05−0.12) con Tc = 26 K) y luego a 55K (Superconductividad a 55 K en compuesto cuaternario con capas de dopado F a base de hierro Sm [O1-xFx] FeAs). Los últimos ~ 30 años nos han enseñado que muchos materiales superconducen a una temperatura suficientemente baja, pero el descubrimiento de superconductores basados en Fe fue monumental porque mostró que la superconductividad a alta temperatura también puede ser un fenómeno más genérico. La superconductividad a alta temperatura generalmente se define como por encima de 30-40K.
El campo de la superconductividad a base de hierro explotó maravillosamente, con un crecimiento exponencial (no hipérbole) de papeles en los primeros años. Muchas personas lo vieron como una renovación de los superconductores de altas temperaturas de cuprate, con una tecnología experimental muy mejorada. En 1986, cuando se descubrieron los cupratos, muchas de las herramientas experimentales ubicuas de hoy en día eran relativamente rudimentarias: la microscopía de túnel de escaneo estaba en su infancia, la espectroscopía de fotoemisión con resolución angular apenas existía, los sincrotrones no eran tan brillantes, las instalaciones de campo magnético alto no eran tan rudas , los láseres eran más caros y menos útiles. La tecnología experimental disponible en 2008 permitió un progreso útil en los superconductores basados en Fe desde el principio.
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Los científicos siempre están influenciados por el trabajo anterior, y el campo de los superconductores a base de hierro fue influenciado por los superconductores de alta temperatura de cuprato, los superconductores pesados de Fermion y el MgB2. Con respecto a las conexiones con el primero, existen diferencias importantes de tal manera que las preguntas abiertas en las dos familias de superconductores de alta temperatura son bastante distintas (para las teorías de cupratos, ver: la respuesta de Inna Vishik a la Superconductividad: ¿Cuáles son las últimas teorías sobre la superconductividad de alta temperatura? Algunas de estas diferencias hacen que los superconductores basados en Fe sean un problema más fácil que los cupratos, y otros lo hacen más difícil.
- Los diagramas de fase son superficialmente similares, excepto que los superconductores basados en Fe carecen de fases “misteriosas” inexplicables como el pseudogap (ganador: superconductores basados en Fe)
- fuente de la imagen: página en nature.com
- La mayoría de los superconductores basados en Fe están menos correlacionados que los cupratos (ver: la respuesta de Inna Vishik a la Ciencia de los Materiales: ¿Qué es un metal fuertemente correlacionado?) (Ganador: superconductores basados en Fe)
- fuente de la imagen: http: // www. Nature Publishing Group: revistas científicas, trabajos e información /nphys/journal/v5/n9/abs/nphys1343.html (solo preste atención a la columna izquierda en la leyenda)
- Los superconductores basados en Fe son sistemas multibanda y la mayoría de los compuestos tienen 5 superficies Fermi que cruzan el nivel Fermi. Los cupratos tienen una superficie de Fermi. (ganador: cuprates)
- fuente de la imagen: página en nature.com
Teorías
1) simetría de emparejamiento. Una de las preguntas sin respuesta en los superconductores basados en Fe es la simetría de emparejamiento, que es un requisito previo para explicar el origen de la superconductividad. La simetría de emparejamiento describe los pares de Cooper (singlete o triplete) y la energía requerida para romper un par de Cooper (es decir, el espacio superconductor) en diferentes puntos de la superficie de Fermi. Parte de la dificultad en los superconductores basados en Fe es que diferentes experimentos parecen sugerir diferentes resultados en diferentes regímenes de dopaje y en diferentes compuestos. Otra dificultad es la multitud de bolsillos de superficie de Fermi. Si bien se sabe que la simetría de emparejamiento de cuprate es [matemática] d_ {x ^ 2-y ^ 2} [/ matemática], hay varias propuestas para la simetría de emparejamiento de superconductores basados en hierro.
fuente de la imagen: simetría de brecha y estructura de superconductores basados en Fe .
- emparejamiento mediado por fluctuación de giro. Debido a la proximidad entre la superconductividad y el magnetismo (la sdw, o fase de onda de densidad de espín en el diagrama de fase en la parte superior) sugiere que las excitaciones relacionadas con esta fase magnética pueden ser responsables de la superconductividad. Esto favorece el emparejamiento de onda d o el emparejamiento s +/-, dependiendo de los detalles de la Fermiología.
- Fermi anidando en la superficie. Hay bolsillos de superficie Fermi de tamaño similar en el centro y la esquina de la zona de Brillouin. Muchas teorías sugieren que la dispersión (vector de onda Q) entre los dos puede ser importante tanto para el magnetismo como para la superconductividad. Para este último, este mecanismo favorece la simetría de emparejamiento s +/-. Las teorías que se centran en el anidamiento de la superficie de Fermi también pueden invocar fluctuaciones de giro como mecanismo de emparejamiento. Estas teorías están fuertemente influenciadas por el diboruro de magnesio, un superconductor acoplado electrón-fonón cuya alta Tc se atribuye a las mejoras debidas a la anidación de la superficie de Fermi.
- fuente de la imagen: http: // www. Nature Publishing Group: revistas científicas, trabajos e información /srep/2014/140314/srep04381/full/srep04381.html. Ignorar los paneles (b) – (d).
2) Orden nemático. En el contexto de la física del estado sólido, el orden nemático es una especie de orden de corto alcance que tiene una dirección preferida, en analogía con los cristales líquidos nemáticos que tienen un orden direccional pero no posicional. En los superconductores a base de hierro, el orden nemático está respaldado por ciertos hallazgos experimentales, como una anisotropía de resistividad que persiste incluso cuando la estructura cristalina sugiere que no debería estar allí. El orden nemático es invocado por los teóricos en varios contextos.
- El problema de la gallina / huevo entre las transiciones de fase estructural y magnética que ocurren a casi la misma temperatura. ¿Los fonones conducen una tendencia hacia la transición de fase estructural que luego estabiliza el orden magnético o los grados electrónicos de libertad impulsan la transición de fase magnética? Algunas teorías sugieren que el orden nemático se maneja electrónicamente, lo que indica que el orden nemático, el magnetismo y la superconductividad pueden tener un origen común.
- fuente de la imagen: http: // www. nature.com /nphys/journal/v10/n2/full/nphys2877.html
- El orden nemático termina en un punto crítico cuántico, que puede estar relacionado con la superconductividad
- fuente de la imagen: observables experimentales cerca de un punto crítico cuántico nemático en los superconductores de pnictida y cuprato
Algunos documentos teóricos útiles
Chubukov y Hirschfeld, superconductores basados en Fe 7 años después: Página en arxiv.org (ahora publicado en Physics Today: Superconductores basados en hierro, siete años después )
Hirschfeld et al., Simetría de Gap y estructura de superconductores basados en Fe : página en arxiv.org
Basov & Chubukov, Manifiesto para una Tc superior – lecciones de pnictides y cupratos : http://arxiv.org/pdf/1104.1949.pdf
DJ Scalapino, Un hilo común: la interacción de emparejamiento para el
superconductores no convencionales : http://arxiv.org/pdf/1207.4093.pdf
Fernandes et al, ¿Qué impulsa el orden nemático en los superconductores basados en hierro? : Página en arxiv.org
Editar abril de 2016:
Aquí hay un excelente artículo de revisión: http://arxiv.org/pdf/1604.03566.pdf
Un estado “antiferromagnético”, donde se oponen los momentos magnéticos de los electrones, puede conducir a una variedad de arreglos inesperados de electrones en un superconductor de alta temperatura, y finalmente a la formación de “pares de Cooper” que … más 