電子相関効果によるBaKFeAsの磁気励起バンドの繰り込み

Large downward renormalization of spin excitation energies in BaKFeAs due to electron correlation effects

村井 直樹  ; 梶本 亮一  ; 鈴木 雄大*; 出田 真一郎*; 中島 正道*; 池田 浩章*; 田中 清尚*

Murai, Naoki; Kajimoto, Ryoichi; Suzuki, Katsuhiro*; Ideta, Shinichiro*; Nakajima, Masamichi*; Ikeda, Hiroaki*; Tanaka, Kiyohisa*

鉄系超伝導体の発見以来、その磁性・超伝導を対象とした中性子散乱研究が盛んに行われてきた。今回我々はホールドープ型鉄系超伝導体BaKFeAsの磁気励起の測定をJ-PARCチョッパー分光器「四季」にて行い、ブリルアンゾーン中心から境界までをカバーする磁気励起データを得た。得られた磁気励起の運動量・エネルギー方向の構造は、同一試料のARPES測定から決定されたバンド繰り込み因子を考慮することで、5軌道模型に対する乱雑位相近似(RPA)により再現される。これら結は、電子相関効果としてしばしば現れる電子バンドの繰り込み効果が磁気励起においても現れることを意味する。講演では鉄系超伝導体の電子構造の情報がどのように磁気励起スペクトルに反映されるのかについて議論する。

Using inelastic neutron scattering (INS) and angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES), we investigate the spin dynamics of iron-based superconductor BaKFeAs. The INS data show a spin-wave-like dispersive feature, with a zone boundary energy of 200 meV. A random phase approximation (RPA) treatment of the dynamical spin susceptibility, incorporating the band renormalization factor of 3 derived from the ARPES measurements on the same crystals, provides a reasonable description of the observed spin excitations. This analysis shows that the experimental spin excitation peak lies at a much lower energy than the bare value, reflecting a strong renormalization of the quasiparticle band dispersion near the Fermi level due to electron correlation effect. The present results point to a unified framework that connects the magnetic response to the underlying electronic structure of the materials.