Orbital-ordering and in-plane anisotropy in low-moment ground-state of parent compounds of iron-based superconductors

鉄系高温超伝導体母物質における低磁気モーメント状態の軌道秩序と異方性

町田 昌彦  ; 中村 博樹  

Machida, Masahiko; Nakamura, Hiroki

鉄系高温超伝導体の超伝導発現機構を解明するため、測定された結晶格子や原子位置等を用いて高精度な第一原理計算を行い、実験事実(特に最近、間接的に見いだされた軌道秩序)をどこまで再現できるかを調べた。計算では、二つの量子状態が得られ、その一つは従来の計算通りの結果で、実験事実と磁気モーメントにおいて大きく相違するが、二つ目は計算例がほとんどないが、より実験事実に近いことがわかった。本研究では、その二つ目の量子状態に着目し、さらに最近観測されている対称な結晶軸に対する異常な異方性を再現できるかどうか調べた。その結果、ほぼ、その異常性を再現できることを突き止め、その原因も一部明らかにしている。この結果は、鉄系超伝導体の量子状態解明に一歩近づいたことを意味しており、超伝導が発現する舞台裏に迫る成果と言えよう。なお、この研究にて用いた精度の高い第一原理計算手法は、原子力材料にも容易に適用可能であり、高精度な量子状態計算が可能であり、さまざまな分野での応用が期待できる。

Since the discovery of the iron-based superconductor, a large discrepancy between experimental observations and first-principles calculations in the magnetic moment of the antiferromagnetic state of the parent compounds has been intensively debated. The observed moment values are about 3 to 5 times smaller than those of the calculation although there is a variety of the difference depending on the materials. Very recently, an interesting calculation data fully reproducing the observed low moment has been suggested by F. Cricchio et al., (Phys. Rev. B 81 (2010) 140403) who performed first-principles calculations using a LDA+U scheme. In this study, we suggest that the new state is a possible candidate to well explain the other data, e.g., strong anisotropy in spatial patterns measured by STM and magnetic excitations found by neutron scattering. Furthermore, we compare the result with other theoretical works reproducing similar low moment in terms of orbital ordering.