Кулоновские корреляции и переход металл-диэлектрик при легировании в классе '111' сверхпроводников на основе железа: пример соединения LiFeAs

Аннотация

Выпускная квалификационная работа магистра содержит 84 стр., 21 рис., 5 табл., 66 ист. Ключевые слова: железосодержащие сверхпроводники, кулоновские корреляции, теория динамического среднего поля, орбитально-селективный переход металл- диэлектрик, электронная структура, структурные свойства, магнитные свойства В данной работе исследуется влияние кулоновских корреляций и легирования дырками на электронную структуру легированного медью LiFeAs с использованием метода, объединяющего теорию функционала плотности (DFT) и теорию динамического среднего поля (DMFT) (схема DFT+DMFT). Моделирование электронной структуры легированного соединения осуществлялось в рамках двух подходов. Сначала была построена многоорбитальная модель Хаббарда с реалистичной зонной структурой LiFeAs, в которой легирование медью учитывалось в приближении сдвига уровня Ферми. Для данной модели методом DMFT рассчитывалась эволюция спектральных свойств, орбитально-селективные перенормировки квазичастичных масс и магнитные свойства LiFe1-xCuxAs как функция параметра легирования x. Было получено, что при приближении параметра x к 0.5 в системе происходит моттовский переход металл-диэлектрик, сопровождающийся открытием щели 0.1 эВ. Высказано предположение том, что модель сдвига уровня Ферми описывает изменение электронной структуры LiFeAs при легировании только на качественном уровне. В рамках другого использованного подхода была применена зарядово- самосогласованная схема DFT+DMFT для исследования свойств состава LiFe0.5Cu0.5As, при этом легирование медью моделировалось методом сверхъячеек, учитывающим пространственное положение ионов меди, а также антиферромагнитное упорядочение ионов железа. Структурные параметры соединения были получены методом DFT+DMFT путем минимизации внутренней энергии. Второй используемый подход к моделированию легирования также указывает на ключевую роль кулоновских корреляционных эффектов для понимания спектральных свойств LiFe0.5Cu0.5As. Также было установлено, что при легировании LiFeAs медью по железу происходит сильная орбитально-селективная локализация 3d состояний железа, сопровождаемая существенной перенормировкой 3d спектральных функций железа. Показано, что для параметра легирования x = 0.5 (LiFe0.5Cu0.5As), система находится на границе перехода металл-диэлектрик, при этом щель в спектре низкоэнергетических электронных возбуждений величиной порядка 0.3 эВ формируется для орбиталей железа симметрии z2, xz, xy, x2 - y2. Высказано предложение о возможной роли андерсоновской локализации для объяснения спектральных свойств допированного медью LiFe0.5Cu0.5As.