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Effect of electron correlations on spin excitation bandwidth in Ba$$_{0.75}$$K$$_{0.25}$$Fe$$_{2}$$As$$_{2}$$ as seen via time-of-flight inelastic neutron scattering

電子相関効果によるBa$$_{0.75}$$K$$_{0.25}$$Fe$$_{2}$$As$$_{2}$$の磁気励起の繰り込み

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

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

非弾性中性子散乱による鉄系超伝導体Ba$$_{0.75}$$K$$_{0.25}$$Fe$$_{2}$$As$$_{2}$$の磁気励起測定を行い、約200meV程度のバンド幅を持つスピン波的分散を観測した。測定されたスペクトルは、同一試料に対する角度分解光電子分光測定により得られた電子バンドの繰り込み因子を考慮し、密度汎関数理論により構築された5軌道ハバード模型に乱雑位相近似を適応することで再現される。これらの結果は電子バンドの繰り込みという形でしばしば現れる所謂、電子相関効果の観測が非弾性中性子散乱によっても可能であることを示すものである。

We use inelastic neutron scattering (INS) to investigate the effect of electron correlations on spin dynamics in iron-based superconductor Ba$$_{0.75}$$K$$_{0.25}$$Fe$$_{2}$$As$$_{2}$$. Our INS data show a spin-wave-like dispersive feature, with a zone boundary energy of 200 meV. A first principles analysis of dynamical spin susceptibility, incorporating the mass renormalization factor of 3, as determined by angle-resolved photoemission spectroscopy, provides a reasonable description of the observed spin excitations. This analysis shows that electron correlations in the Fe-3d bands yield enhanced effective electron masses, and consequently, induce substantial narrowing of the spin excitation bandwidth. Our results highlight the importance of electron correlations in an itinerant description of the spin excitations in iron-based superconductors.

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