Предсказано существование солитонной фазы в высокотемпературных сверхпроводниках на основе пниктидов железа.
Лаборатория физики перспективных материалов КФТИ КазНЦ РАН.
В отличие от уже привычных купратов, магнетизм пниктидных систем обусловлен носителями тока, а не локализованными спинами. Это приводит к тому, что магнитной фазе отвечает состояние с волной спиновой плотности (SDW), которое в результате внешнего допирования преобразуется в проводящую (сверхпроводящую фазу). Вопрос о том, каким образом происходит эта трансформация, представляет актуальную проблему.
Установлено, что характер трансформации существенно зависит от соотношения между длиной пробега носителей и длиной когерентности SDW состояния. При малой длине свободного пробега максимальный выигрыш в энергии можно получить при сегрегации добавленных носителей, обеспечивающей сохранение нестинга в максимально возможной части образца. Однако такое расслоение приводило бы к огромному проигрышу кулоновской энергии из-за нарушения локальной электронейтральности. Поэтому происходит фрустрированное фазовое разделение на микро области с SDW фазой и проводящие участки, исследование которого является весьма важной задачей.
В случае структурно однородных образцов с длиной пробега носителей, превышающей длину когерентности, реализуется другая возможность сохранения выигрыша энергии, связанного с нестингом. Она заключается в том, что при достаточно большом допировании может возникнуть несоразмерная волна спиновой плотности, которая затем трансформируется в солитонную магнитную фазу. Для нее характерна глубокая периодическая модуляция антиферромагнитного параметра порядка, приводящая к конечной плотности состояний на уровне Ферми. В зависимости от величины управляющих параметров (допирования или давления) в этой фазе могут возникнуть своеобразные антифазные доменные стенки – солитоны. Построена фазовая диаграмма и получены уравнения, описывающие подобное магнитное состояние. Установлена связь между солитонной фазой в пниктидах и состоянием Ларкина-Овчинникова-Фульде-Ферелла для сверхпроводников с обменным полем. Выполнен анализ ряда экспериментов, подтверждающих, что сверхпроводимость в пниктидах действительно формируется из модулированной солитонной структуры.
Рис. 1. Фазовая диаграмма в плоскости «управляющий параметр - температура» (η-Т) : линия неустойчивости относительно перехода в соразмерное SDW состояние (пунктир) ниже трикритической точки (η tcp, T tcp) имеет возвратный характер; солитонная фаза (SP) образуется левее предполагавшейся границы перехода первого рода (вертикальная линия) и простирается до границы парамагнитной (PM) фазы. Квантовая критическая точка (QCP) «накрыта» областью сверхпроводимости (голубой цвет).
Публикации:
1. L.Gor’kov, G.Teitel’baum: Spatial inhomogeneities in iron pnictide superconductors. The formation of charge stripes// Phys. Rev. B 82, 020510(R), (2010).
