Doping-dependent Fe phonon dynamics in LaFeAsOH studied by Fe nuclear resonant inelastic scattering

LaFeAsOHにおけるFe核共鳴非弾性散乱を用いたドーピング依存Feフォノンダイナミクスの解析

河智 史郎*; 平賀 晴弘*; 山浦 淳一*; 飯村 壮史*; 中村 博樹  ; 筒井 智嗣*; 依田 芳卓*; 町田 昌彦  ; 細野 秀雄*; 小林 寿夫*

Kawachi, Shiro*; Hiraka, Haruhiro*; Yamaura, Junichi*; Iimura, Soshi*; Nakamura, Hiroki; Tsutsui, Satoshi*; Yoda, Yoshitaka*; Machida, Masahiko; Hosono, Hideo*; Kobayashi, Hisao*

LaFeAsOH ()の高濃度水素化物イオン置換領域における鉄のフォノンダイナミクスを調べるため、Fe核共鳴非弾性散乱測定を、超伝導および反強磁性の基底状態をそれぞれ示すと0.51の2種類の多結晶試料に対して、5300Kの広い温度範囲で実施した。得られた非弾性散乱スペクトルは、両組成間に顕著な差異を示した。Feのフォノン状態密度(PDOS)は、では15meVに顕著なピークを示す一方、ではこのピークが消失している。密度汎関数理論(DFT)計算により、この15meVのPDOSピークはAs原子を介した最近接方向に沿ったFe原子の光学振動モードに関連していることが支持された。さらに計算は、で15meVのPDOSピークが抑制される原因が面内の電子的不等価性に起因することを示唆している。これらの結果は、磁気および構造秩序を示す組成では、広い温度範囲にわたり電子ネマティシティの兆候が持続する可能性がある一方、超伝導を示す組成ではその兆候がほとんど存在しないことを示唆している。

To investigate the phonon dynamics of iron in the heavily hydride-ion-substituted region of LaFeAsOH (), Fe nuclear resonant inelastic scattering measurements were performed over a wide temperature range from 5 to 300 K on two polycrystalline samples with and 0.51, which exhibit superconducting and antiferromagnetic ground states, respectively. The resulting inelastic scattering spectra revealed distinct differences between the two compositions. The Fe phonon density of states (PDOS) exhibits a pronounced peak at 15 meV for , whereas this peak is absent in . Density functional theory calculations support the interpretation that the PDOS peak at 15 meV is associated with the optical vibrational modes of Fe atoms along the nearest-neighbor direction, mediated by As atoms. The calculations further suggest that the suppression of the PDOS peak at 15 meV for originates from in-plane electronic inequivalence. These findings suggest that signatures of electronic nematicity may persist over a wide temperature range in the composition, which exhibits magnetic and structural order, whereas such signatures are almost absent in the superconducting composition.