Pressure effect on electronic structure and magnetic properties of iron-based high Tс superconductors

Abstract

Pressure effects on electronic structure and magnetic properties of iron-based superconductors FeSe1−xTex (x ≃ 0, 0.5 and 1.0) and LaFeAsO are investigated. The superconducting transition was observed at TC ≃ 8, 13.6−14.2, and 26 K in FeSe₀.₉₆₃, FeSe₀.₅Te₀.₅, and LaFeAsO₀.₈₅F₀.₁, respectively. The intrinsic magnetic susceptibility χ in the series of FeSe₀.₉₆₃, FeSe₀.₅Te₀.₅ and FeTe is found to increase gradually approximately 10 times as much with Te content. A kink in the low-field dependence of χ(T) was detected at TM ≃ 135 K for LaFeAsO₀.₈₅F₀.₁. The electronic structures and paramagnetic susceptibilities of the studied compounds are calculated ab initio in external magnetic field as a function of atomic volume and structural parameter Z, which specifies the relative height of chalcogen atoms above iron plane. The calculated field-induced magnetic moments and their volume derivatives indicate that these systems are in a close proximity to a quantum critical point. For FeSe and FeTe the calculated paramagnetic susceptibilities reveal a large magnetovolume effect and a drastic sensitivity to parameter Z.

Досліджено вплив тиску на електронну структуру та магнітні властивості надпровідників на основі заліза FeSe1−xTex (x ≃ 0, 0.5 та 1.0) й LaFeAsO. Перехід в надпровідний стан в сполуках FeSe₀.₉₆₃, FeSe₀.₅Te₀.₅ й LaFeAsO₀.₈₅F₀.₁ спостерігався відповідно при TC ≃ 8, 13.6−14.2 та 26 K. Визначено, що притаманна сполукам магнітна сприйнятливість χ в ряду FeSe₀.₉₆₃, FeSe₀.₅Te₀.₅ й FeTe поступово збільшується приблизно на порядок величини зі зростанням концентрації телуру. Для сполуки LaFeAsO₀.₈₅F₀.₁ на виміряній в слабкому полі залежності χ(T) виявлена особливість у вигляді зламу поблизу температури TM ≃ 135 K. Для досліджуваних сполук здійснено ab initio розрахунки електронної структури й парамагнітної сприйнятливості в залежності від атомного об’єму і структурного параметру Z, що визначає висоту атомів халькогену відносно площини атомів заліза. Розрахунки індукованих полем магнітних моментів та їх об’ємних похідних вказують на близькість цих сполук до квантової критичної точки. Для сполук FeSe й FeTe розраховані парамагнітні сприйнятливості виявляють значний магнітооб’ємний ефект та екстремальну чутливість до параметру Z.

Изучены эффекты давления на электронную структуру и магнитные свойства сверхпроводников на основе железа FeSe1−xTex (x ≃ 0, 0.5 и 1.0) и LaFeAsO. Переход в сверхпроводящее состояние в соединениях FeSe₀.₉₆₃, FeSe₀.₅Te₀.₅ и LaFeAsO₀.₈₅F₀.₁ наблюдался соответственно при TC ≃ 8, 13.6−14.2 и 26 K. Установлено, что присущая соединениям магнитная восприимчивость χ в ряду FeSe₀.₉₆₃, FeSe₀.₅Te₀.₅ и FeTe монотонно возрастает примерно на порядок величины с повышением концентрации теллура. Для соединения LaFeAsO₀.₈₅F₀.₁ в измеренной в слабом поле зависимости χ(T) была обнаружена особенность в виде излома при TM ≃ 135 K. Для исследуемых соединений выполнены ab initio расчеты электронной структуры и парамагнитной восприимчивости в зависимости от атомного объема и структурного параметра Z, который определяет относительную высоту атомов халькогена над плоскостью железа. Расчеты индуцированных полем магнитных моментов и их объемных производных указывают на близость этих соединений к квантовой критической точке. Для соединений FeSe и FeTe рассчитанные парамагнитные восприимчивости свидетельствуют о значительном магнитообъемном эффекте и сильной чувствительности к структурному параметру Z.