Теоретичне дослідження в рамках двозонної моделі надпровідних та термодинамічних властивостей високотемпературного надпровідника на основі заліза Ba1–xNaxFe2As2
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe67.10.722Ключові слова:
параметри порядка, питома теплота, густина станiв, енергiя конденсацiї, Ba1−xNaxFe2As2Анотація
Виконано теоретичне дослiдження надпровiдникових та термодинамiчних властивостей високотемпературного надпровiдника на основi залiза Ba1-xNaxFe2As2 в рамках двозонної моделi. Побудовано модельний гамiльтонiан iз використанням двочасової температурозалежної функцiї Грiна, розраховано параметри порядку для переходiв електрона та дiрки в зонi та мiж зонами, температуру переходу в надпровiдний стан, густини станiв та енергiї конденсацiї. Розраховано питому теплоту та ентропiю для переходiв електронiв i дiрок у зонi. Використовуючи експериментальнi данi та деякi наближення, ми побудували фазовi дiаграми для параметрiв порядка як функцiй температури, розрахували залежнiсть критичної температури вiд потенцiалу мiжзонної взаємодiї, температурнi залежностi питомої теплоти i ентропiї для переходiв електронiв i дiрок у зонi та залежнiсть густини станiв для таких переходiв вiд енергiї збудження для рiзних значень температури. Крiм того, знайдено залежностi енергiї конденсацiї вiд температури, мiжзонного потенцiалу двiйкування при T = 0 K вiд енергiї конденсацiї та енергiї конденсацiї вiд температури TC переходу в надпровiдний стан. Виконано порiвняння теоретичних i експериментальних значень. Отриманi результати добре узгоджуються з попереднiми.
Посилання
H. Hosono, A. Yamamoto, H. Hiramatsu, Y. Ma. Recent advances in iron-based superconductors toward applications. Materials Today 21 (3), 278 (2018).
https://doi.org/10.1016/j.mattod.2017.09.006
Y. Kamihara, T. Watanabe, M. Hirano, H. Hosono. IronBased Layered Superconductor La[O1−xFx]FeAs (x = 0.05-0.12) with TC = 26 K. J. Am. Chem. Soc, 130 (11), 3296 (2008).
https://doi.org/10.1021/ja800073m
H. Takahashi, K. Igawa, K. Arii, Y. Kamihara, M. Hirano, H. Hosono. Superconductivity at 43 K in an iron-based layered compound LaO1−xFxFeAs. Nature 453 (7193), 376 (2008).
https://doi.org/10.1038/nature06972
M. Rotter, M. Tegel, D. Johrendt. Superconductivity at 38 K in the iron arsenide (Ba1−xKx)Fe2 As2. Phys. Rev. Lett. 101 (10), 107006 (2008).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.101.107006
H. Huang, C. Yao, C. Dong, X. Zhang, D. Wang, Z. Cheng, J. Li, S. Awaji, H. Wen, Y. Ma. High transport current superconductivity in powder-in-tube Ba0.6K0.4Fe2As2 tapes at 27 T. Supercond. Sci. Technol. 31(1), 015017 (2017).
https://doi.org/10.1088/1361-6668/aa9912
V. Stanev, J. Kang, Z. Tesanovic. Spin fluctuation dynamics and multiband superconductivity in iron pnictides. Phys. Rev. B 78 (18), 184509 (2008).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.78.184509
M. Ishikado, S. Shamoto, K. Kodama, R. Kajimoto, M. Nakamura, T. Hong, H. Mutka. High-energy spin fluctuation in low-Tc iron-based superconductor LaFePO0.9. Sci. Rep. 8 (1), 1 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41598-018-33878-x
J. Hecher, T. Baumgartner, J.D. Weiss, C. Tarantini, A. Yamamoto, J. Jiang, E.E. Hellstrom, D.C. Larbalestier, M. Eisterer. Small grains: a key to high-field applications of granular Ba-122 superconductors? Supercond. Sci. Technol. 29 (2), 025004 (2016).
https://doi.org/10.1088/0953-2048/29/2/025004
S. Aswartham, M. Abdel-Hafiez, D. Bombor, M. Kumar, A.U.B. Wolter, C. Hess, D.V. Evtushinsky, V.B. Zabolotnyy, A.A. Kordyuk, T.K. Kim, S.V. Borisenko, G. Behr, B. B¨uchner, S. Wurmehl. Hole doping in BaFe2As2: The case of Ba1−xNaxFe2As2 single crystals. Phys. Rev. B 85 (22), 224520 (2012).
D.V. Evtushinsky, V.B. Zabolotnyy, L. Harnagea, A.N. Yaresko, S. Thirupathaiah, A.A. Kordyuk, J. Maletz, S. Aswartham, S. Wurmehl, E. Rienks, R. Follath, B. B¨uchner, S.V. Borisenko. Electronic band structure and momentum dependence of the superconducting gap in Ca1−xNaxFe2As2 from angle-resolved photoemission spectroscopy. Phys. Rev. B 87 (9), 094501 (2013).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.87.094501
A.A. Kordyuk. Iron-based superconductors: Magnetism, superconductivity, and electronic structure. Low Temperature Physics 38 (9), 888 (2012).
https://doi.org/10.1063/1.4752092
O.L.T. de Menezes. Importance of hybrid pairs in superconductors. Solid State Commun. 57 (10), 825 (1986).
https://doi.org/10.1016/0038-1098(86)90185-7
Y. Zhang, L.X. Yang, M. Xu, Z.R. Ye, F. Chen, C. He, H.C. Xu, J. Jiang, B.P. Xie, J.J. Ying, X.F. Wang, X.H. Chen, J.P. Hu, M. Matsunami, S. Kimura, D.L. Feng. Nodeless superconducting gap in AxFe2Se2 (A = K, Cs) revealed by angle-resolved photoemission spectroscopy. Nature Mat. 10 (4), 273 (2011).
https://doi.org/10.1038/nmat2981
D.J. Singh. Electronic structure and doping in BaFe2As2 and LiFeAs: Density functional calculations. Phys. Rev. B 78 (9), 094511 (2008).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.78.094511
T. Kidanemariam, G. Kahsay. Theoretical study of superconducting gap parameters, density of states, and condensation energy of two-band iron-based superconductor BaFe2(As1−xPx)2. J. Supercond. Nov. Magn. 31 (1), 37 (2018).
https://doi.org/10.1007/s10948-017-4191-5
E. Sheveleva, B. Xu, P. Marsik, F. Lyzwa, B.P.P. Mallett, K. Willa, C. Meingast, Th. Wolf, T. Shevtsova, Yu.G. Pashkevich, C. Bernhard. Muon spin rotation and infrared spectroscopy study of Ba1−xNaxFe2As2. Phys. Rev. B 101 (22), 224515 (2020).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.101.224515
H. Suhl, B.T. Matthias, L.R. Walke. Bardeen-Cooper-Schrieffer theory of superconductivity in the case of overlapping bands. Phys. Rev. Lett. 3 (12), 552 (1959).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.3.552
B.K. Chakraverty. Superconductive solutions for a twoband Hamiltonian. Phys. Rev. B 48 (6), 4047 (1993).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.48.4047
T. Chanpoom, J. Seechumsang, S. Chantrapakajee, P. Udomsamuthirun. The study on hybridized two-band superconductor. Advan. Cond. Matter Phys. 2013 (2013).
https://doi.org/10.1155/2013/528960
D.N. Zubarev. Double-time Green functions in statistical physics. Sovt. Phys. Usp. 3 (3), 320 (1960).
https://doi.org/10.1070/PU1960v003n03ABEH003275
N. Agustin. Evaluating sums over the Matsubara frequencies. Computer Phys. Commun. 92 (1), 54 (1995).
https://doi.org/10.1016/0010-4655(95)00061-J
J. Bardeen, L.N. Cooper, J.R. Schrieffer. Theory of superconductivity. Phys. Rev. 108 (5), 1175 (1957).
https://doi.org/10.1103/PhysRev.108.1175
B. Yunkyu, G.R. Stewart. Anomalous scaling of ΔC versus TC in the Fe-based superconductors: the S±-wave pairing state model. New J. Phys. 18 (2), 023017 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/2/023017
I.I. Mazin, V.P. Antropo. Electronic structure, electron-phonon coupling, and multiband effects in MgB2, Physica C 385 (1-2), 49 (2003).
https://doi.org/10.1016/S0921-4534(02)02299-2
N. Kristoffel, P. Rubin. Pseudogap and superconductivity gaps in a two-band model with doping-determined components. Solid State Commun. 122 (5), 265 (2002).
https://doi.org/10.1016/S0038-1098(02)00105-9
H. Padamsee, J.E Neighbor, C.A. Shiffman. Quasiparticle phenomenology for thermodynamics of strong-coupling superconductors. J. Low Temp. Phys. 12 (3), 387 (1973).
https://doi.org/10.1007/BF00654872
J.O. Odhiambo, Y.K. Ayodo, T.W. Sakwa, B.W. Rapando. Thermodynamic properties of Mercury based cuprate due to Cooper pair - electron interaction. JMEST 3 (7), 5241 (2016).
O.O. Jared, M.J. Wanjala. Specific heat and entropy of a three electron model in bismuth based cuprate superconductor. World J. App. Phys. 3 (2), 19 (2018).
https://doi.org/10.11648/j.wjap.20180302.11
A. Nuwal, S. Kakani, S. Lal Kakani. Generalized multiple gap model for the superconductivity in Fe-As based superconductors. SOP Trans. Theor. Phys. 1 (2), 7 (2014).
https://doi.org/10.15764/TPHY.2014.02002
A.K. Pramanik, M. Abdel-Hafiez, S. Aswartham, A.U.B. Wolter, S. Wurmehl, V. Kataev, B. B¨uchner. Multigap superconductivity in single crystals of Ba0.65Na0.35Fe2As2: A calorimetric investigation. Phys. Rev. B 84 (6), 064525 (2011).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.84.064525
S.P. Kruchinin, H. Kawabe, H. Nagao, Y. Nakazawa. Condensation energy for a two-gap superconducting state in nanoparticles. J. Nanoparticles 2013, 1 (2013).
https://doi.org/10.1155/2013/576232
R. Haslinger, A.V. Chubukov. Condensation energy in strongly coupled superconductors. Phys. Rev. B 67 (21), 140504 (2003).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.67.140504
B. Yunkyu. The origin of the condensation energy scaling of iron-based superconductors. EPL 115 (2), 27002 (2016).
https://doi.org/10.1209/0295-5075/115/27002
A. Nuwal, S. Lal Kakani. Theoretical study of specific heat and density of states of MgB2 superconductor in two band model. World J. Condens. Matter Phys. 3 (2), 1 (2013).
https://doi.org/10.4236/wjcmp.2013.31006
P. Popovich, A.V. Boris, O.V. Dolgov, A.A. Golubov D.L. Sun, C.T. Lin, R.K. Kremer, B. Keimer. Specific heat measurements of Ba0.68K0.32Fe2As2 single crystals: Evidence for a multiband strong-coupling superconducting state. Phys. Rev. Lett. 105 (2), 027003 (2010).
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
