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Izyumov），俄罗斯科学院教授。 目錄： 1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 Compounds of the ReOFeAs Type . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.1 Crystallochemistry and Basic Physical Properties of Doped Compounds.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.1.1 Crystal Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.1.2 Electron Doping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.1.3 Hole Doping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.1.4 Substitutions on the Fe Sublattice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.1.5 Superconducting Transition Temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.1.6 Critical Fields . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.1.7 Effect of Pressure on the Tc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.2 Magnetic Properties .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.2.1 Magnetic Structure.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.2.2 Theoretical Explanation of Long-Range Magnetic Ordering in ReOFeAs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.2.3 Phase Diagrams .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.2.4 Magnetic Fluctuations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.3 Electronic Structure .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.3.1 Stoichiometric Compounds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.3.2 The Role of Magnetic Ordering and Doping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.3.3 Experimental Studies of the Fermi Surface. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.4 Symmetry of the Superconducting Order Parameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.4.1 Experimental Methods of Determining the Order Parameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.4.2 Nuclear Magnetic Resonance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 2.4.3 Point-Contact Andreev Reflection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 2.4.4 Tunnel and Photoemission Spectroscopies STS, PES, ARPES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3 Compounds of the AFe2As2 A D Ba,Sr,Ca Type. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 3.1 Crystal and Electronic Structure.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 3.1.1 Crystal Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 3.1.2 LDA Calculations of the Electronic Structure .. . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 3.1.3 Experimental Studies of the Fermi Surface. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 3.1.4 Sr3Sc2O5Fe2As2 and Other Similar Compounds .. . . . . . . . . . . . 69 3.2 Superconductivity .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 3.2.1 Doping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 3.2.2 Coexistence of Superconductivity and Magnetism. . . . . . . . . . . . . . 77 3.2.3 Effect of Pressure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 3.2.4 Symmetry of the Superconducting Order Parameter . . . . . . . . . . . . 88 3.2.5 Measurements on the Josephson Contacts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 3.2.6 Critical Fields . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 3.3 Magnetism. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 3.3.1 Stoichiometric Compounds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 3.3.2 Doped Compounds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .102 3.3.3 Magnetic Excitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .104 4 Other FeAs-Based Compounds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .109 4.1 Compounds of the FeSe, FeTe Type . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .109 4.1.1 Superconducting Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .109 4.1.2 Unusual Magnetic Properties. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .112 4.1.3 Electronic Structure of Stoichiometric Compounds.. . . . . . . . . . . .115 4.1.4 Electronic Structure of Doped Compounds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118 4.1.5 Magnetic Structure of FeTe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120 4.2 Compounds of the LiFeAs Type . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .122 4.2.1 Superconductivity.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .122 4.2.2 Electronic Structure. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .123 4.3 Compounds of the AFFeAs AD Sr;Ca Type . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .126 4.3.1 Primary Experimental Observations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .126 4.3.2 Electronic Structure. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .128 5 Theory Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .131 5.1 General Properties of Compounds from Different Classes of FeAs-Systems and Corresponding Theory Objectives . . . . . . . . . . . . . . .131 5.1.1 Crystal and Magnetic Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .131 5.1.2 Peculiarities of the Electronic Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134 5.1.3 Asymmetry of the ElectronHole Doping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136 5.1.4 Problems of Symmetry of the Superconducting Order Parameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .138 5.1.5 Isotopic Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .140 5.2 Role of Electron Correlations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .141 5.2.1 Dynamical Mean Field Theory DMFT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .141 5.2.2 LDACDMFT Calculation for ReOFeAs Compounds . . . . . . . . . .145 5.2.3 LDACDMFT Calculation on an Extended Basis . . . . . . . . . . . . . . .148 5.2.4 Comparison with Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .152 5.3 A Minimal Two-Orbital Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .158 5.3.1 Formulation of the Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .158 5.3.2 Band Structure of the Spectrum .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .162 5.3.3 Mean Field Approximation.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .164 5.3.4 Numerical Calculation for Small Clusters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .167 5.4 Multi-Orbital Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .170 5.4.1 Formulation of the Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .170 5.4.2 Equations for a Superconductor in the Fluctuation Exchange FLEX Approximation .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .171 5.4.3 Properties of Superconductors with the s˙ Symmetry of the Order Parameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .174 5.4.4 Three-OrbitalModel .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .178 5.5 Detailed Analysis of the 5-Orbital Model. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .182 5.5.1 The Hamiltonian of the Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .182 5.5.2 Spin and Charge Susceptibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .184 5.5.3 Pairing of Electrons via Spin Fluctuations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .187 5.5.4 Possible Symmetries of the Superconducting Order Parameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .190 5.6 Limit of Weak Coulomb Interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .194 5.6.1 Renormalization Group Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .194 5.6.2 Equations for Superconducting and Magnetic Order Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .202 5.6.3 Phase Diagram of the Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .205 5.6.4 Peculiarities of the s˙-Superconducting State . . . . . . . . . . . . . . . . . .207 5.7 The Limit of Strong Coulomb Interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .210 5.7.1 The t _ J1 _ J2-Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .210 5.7.2 Superconductivity with Different Order Parameters . . . . . . . . . . . .212 5.7.3 Density of States and Differential Tunnel Conductivity . . . . . . . .215 5.7.4 The Hubbard Model with the Hund''s Exchange . . . . . . . . . . . . . . . .217 5.8 Magnetic Long-Range Order and Its Fluctuations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .221 5.8.1 Two Approaches to the Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .221 5.8.2 The Itinerant Model. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .224 5.8.3 The Localized Model: Spin Waves. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .228 5.8.4 The Resonance Mode.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .233 5.8.5 Unified Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .240 5.8.6 FeAs-Compounds as Systems with Moderate Electron Correlations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .245 5.9 Orbital Ordering. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .247 5.9.1 The Spin-Orbital Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .247 5.9.2 Phase Diagrams with Spin and Orbital Orderings. . . . . . . . . . . . . . .250 5.9.3 Spectrum of Magnetic Excitations .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .251 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .255 References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .259 Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .277

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