ИСТИНА

В ходе работы будут синтезированы и всесторонне охарактеризованы производные железосодержащих сверхпроводников (Fe-СП) семейств 111 (AFeAs) и 122 (AFe2As2 и AxFe2-ySe2), представляющие собой продукты изо- или гетеровалентного замещения. Большинство вариантов замещения в катионные и анионную подрешетки Fe-СП, которые планируется исследовать в нашем проекте, малоизучены или являются новыми. Так, для LiFeAs (семейство 111) будут получены ранее неизвестные продукты замещения щелочного металла на 3d-элементы Li->TM, TM = Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu. Такой тип замещения может приводить к установлению разнообразных вариантов магнитного упорядочения. В катионной подрешетке железа семейства 111 будут изучаться относительно малоизвестные варианты замещения: Fe->Cr, Mn, Cu, Zn, Ru, приводящие как к электронному, так и дырочному допированию слоя проводимости. Изовалентное замещение атомов щелочного металла в ферроселенидах калия и рубидия на натрий с образованием (A1-zNaz)xFe2-ySe2, (A=K, Rb), а также гетеровалентное замещение Se->As может привести к увеличению объемной доли СП фракции. На основе KFe2As2 (семейство 122As) будут получены продукты замещения K на Cs с образованием твердых растворов K1-xCsxFe2As2. В случае NaFeAs будут также синтезированы монокристаллические образцы высокого качества с замещением Fe->Co и Rh для проведения исследования особенностей электронного строения методом фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением (ARPES). Планируется также получение ряда производных с замещением мышьяка на фосфор, синтезированные при этом образцы AEFe2(As1-xPx)2 (AE=Sr, Ba) будут в дальнейшем использованы для получения эпитаксиальных пленок. Реализация перечисленных вариантов замещения позволит получить Fe-СП и их аналоги с новым сочетанием магнитных и транспортных свойств, а в случае нестехиометрических многофазных образцов ферроселенидов AxFe2-ySe2 возможно удастся изменить фазовый состав в сторону увеличения объемной доли СП фракции. В ряде случаев уже известные варианты замещения будут использоваться в качестве «инструмента» для обнаружения особых точек на электронных фазовых диаграммах (например, в системе Na(Fe,Co)As будет проведен поиск критической квантовой точки, а в системе (Ba,K)Fe2As2 будет проведен поиск критической квантовой точки и точки смены симметрии параметра порядка. В полученных соединениях будет установлено, как природа заместителя, направление и уровень замещения влияют на кристаллографические характеристики (расстояние между слоями проводимости, длины валентных связей, степень искажения тетраэдрических полиэдров [FeX4] (X=пниктоген или халькоген), а также на физические свойства (магнитные, транспортные, удельную теплоемкость) полученных соединений. В ряде случаев для уточнения особенностей электронного строения, выявления локального окружения, валентного, магнитного и электронного состояния атомов железа, определения симметрии СП щели монокристаллические образцы полученных Fe-СП и их аналогов будут изучаться методами андреевской спектроскопии, мессбауэровской спектроскопии, фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением (ARPES). Решение задач, поставленных в проекте, будет способствовать более глубокому пониманию особенностей электронного строения Fe-СП, их транспортных и магнитных свойств, и позволит сделать однозначный вывод о симметрии сверхпроводящих щелей и механизме образования куперовских пар.

Derivatives of iron-based superconductors (Fe-SC) 111 families (AFeAs) and 122 (AFe2As2 and AxFe2-ySe2), which are products or iso- and heterovalent replacement will be synthesized and comprehensively characterized. The majority of management options to cationic and anionic sublattice of Fe-SP, which are planned to explore in our project, insufficiently studied or are new. Thus, for LiFeAs (family 111) will be obtained hitherto unknown alkali metal substitution products 3d-elements Li-> TM, TM = Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu. This type of replacement can lead to the establishment of a variety of options for magnetic ordering. The cation sublattice iron 111 families will be studied relatively little-known management options: Fe-> Cr, Mn, Cu, Zn, Ru, leading to both the electronic and hole doping conduction layer. Isovalent substitution of alkali metal atoms in ferroselenidah potassium and rubidium with sodium to form (A1-zNaz) xFe2-ySe2, (A = K, Rb), and heterovalent substitution Se-> As may increase the volume fraction of SP fraction. Based KFe2As2 (family 122As) will be obtained K substitution products Cs to form solid solutions K1-xCsxFe2As2. If NaFeAs will also synthesized single crystal of high quality samples with replacement Fe-> Co and Rh for the study of the electronic structure features by angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES). It is also planned to obtain a number of derivatives with substitution of arsenic to phosphorus, with the samples synthesized AEFe2 (As1-xPx) 2 (AE = Sr, Ba) will be further used to produce epitaxial films. Implementation of the above will provide substitutional variants Fe-SP and its analogues with the new combination of magnetic and transport properties, as in the case of multiphase samples nonstoichiometric ferroselenidov AxFe2-ySe2 may be able to change the phase composition in the direction of increasing the volume fraction SP fraction. In some cases, the already known substitution variants will be used as a "tool" for detecting specific points on the electronic phase diagrams (for example, in the system Na (Fe, Co) As will be detected critical quantum dot, and a system (Ba, K) Fe2As2 will be detected critical quantum point and the order parameter symmetry change. The preparation of the compounds is determined as the nature of the deputy, the direction and level of substitution effect on the crystallographic characteristics (distance between the conduction layers, the length of the valence bonds, the degree of distortion of the tetrahedral polyhedra [FeX4] (X = pnictogen or chalcogen) and physical properties (magnetic, transport, specific heat) of the obtained compounds. In some cases to clarify the features of the electronic structure, detect the local environment, valence, magnetic and electronic state of the iron atoms, for determining the symmetry SP monocrystalline samples slit Fe-derived SP and their counterparts will be studied by methods Andreev spectroscopy, Mössbauer spectroscopy, angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES). The tasks assigned to the project, will contribute to a deeper understanding of the features of the electronic structure of Fe-SP, their transport and magnetic properties, and will make an unambiguous conclusion about the symmetry of the superconducting gaps and mechanism of formation of Cooper pairs.

Cинтезированы и всесторонне охарактеризованы производные железосодержащих сверхпроводников (Fe-СП) семейств 111 (AFeAs) и 122 (AFe2As2 и AxFe2-ySe2), представляющие собой продукты изо- или гетеровалентного замещения. Большинство вариантов замещения в катионные и анионную подрешетки Fe-СП, которые были исследованы в нашем проекте, малоизучены или являются новыми. Так, для LiFeAs (семейство 111) получены ранее неизвестные продукты замещения щелочного металла на 3d-элементы Mn, Fe, Cu. Такой тип замещения приводит к установлению разнообразных вариантов магнитного упорядочения. В катионной подрешетке железа семейства 111 изучены варианты замещения: Fe->Cr, Mn, Cu, приводящие как к электронному, так и дырочному допированию слоя проводимости. Получены и охарактеризованы продукты изовалентного замещения атомов щелочного металла в ферроселенидах калия и рубидия на натрий с образованием (A1-zNaz)xFe2-ySe2, (A=K, Rb), а также гетеровалентного замещения Se->As. На основе KFe2As2 (семейство 122As) получены продукты замещения K на Cs с образованием твердых растворов K1-xCsxFe2As2. В случае NaFeAs также синтезированы монокристаллические образцы высокого качества с замещением Fe->Co и Rh для проведения исследования особенностей электронного строения методом фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением (ARPES). В результате реализации перечисленных вариантов замещения получены Fe-СП и их аналоги с новым сочетанием магнитных и транспортных свойств. В полученных соединениях установлено, как природа заместителя, направление и уровень замещения влияют на кристаллографические характеристики, а также на физические свойства (магнитные, транспортные, удельную теплоемкость) полученных соединений. Решение задач, поставленных в проекте, способствует более глубокому пониманию особенностей электронного строения Fe-СП, их транспортных и магнитных свойств.

У творческого коллектива исполнителей проекта есть серьезные наработки по всем заявленным направлениям работы.

В ходе работы были синтезированы и всесторонне охарактеризованы производные железосодержащих сверхпроводников (Fe-СП) семейств 111 (AFeAs) и 122 (AFe2As2 и AxFe2-ySe2), представляющие собой продукты изо- или гетеровалентного замещения. Большинство вариантов замещения в катионные и анионные подрешетки Fe-СП, которые были изучены в нашем проекте, являются новыми или малоизвестными. Так, впервые на основе семейства 111 получены твердые растворы с замещением щелочного металла (лития) на 3d-элемент (Cu, Mn). Оказалось, что медь входит в межслоевое пространство LiFeAs в виде диамагнитного иона Cu+ и образцы Li(1-x)CuxFeAs проявляют парамагнитные свойства. На основании результатов мессбауэровского эксперимента и данных по измерению магнитной восприимчивости для образцов Li(1-x)MnxFeAs, показано, что в магнитной подрешетке марганца происходит упорядочение антиферромагнитной природы, температура которого последовательно возрастает с ростом содержания марганца, в то время, как магнитная подрешетка на основе катионов железа ведет себя независимо, оставаясь парамагнитно разупорядоченной. Также было показано, что возможна замена лития и на другие 3d-элементы, например, никель. Еще один ранее неизвестный вариант замещения состоит в замене калия в ферроарсениде на цезий. В ходе работы было впервые установлено существование неограниченного ряда твердых растворов K(1-x)Cs(x)Fe2As2 и выращены монокристаллы с различным уровнем замещения. Показано, что по мере увеличения степени замещения x параметры a и с тетрагональной элементарной ячейки (пр.гр. I4/mmm) закономерно возрастают. Основываясь на теоретических расчетах, дополненных данными ARPES и термодинамическими экспериментальными данными, проведено сравнительное исследование особенностей электронного строения сверхпроводников с частичным замещением калия на цезий K0.96Cs0.04Fe2As2 и цезия на калий Cs0.94K0.06Fe2As2. Также были получены новые сведения о свойствах продукта замещения калия в ферроселениде калия на натрий ((K1-zNaz)xFe2-ySe2), установлено, что физические свойства образца сильно зависят от содержания натрия и могут изменяться во времени. Существенный шаг вперед в понимании природы сверхпроводимости в Fe-СП был сделан в результате проведенного исследования особенностей электронной структуры синтезированных участниками проекта монокристаллов LiFeAs, NaFeAs и K0.4Ba0.6Fe2As2 методами фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением (ARPES), андреевской спектроскопии и некоторыми другими методами в сочетании с теоретическими расчетами. Так, было показано, что спин-орбитальное взаимодействие, роль которого для Fe-СП ранее недооценивалась, вносит существенный вклад в формирование СП состояния железосодержащих сверхпроводников. Результаты данных исследований были опубликованы в ряде высокорейтинговых журналов, включая Nature Physicis. Важный теоретический результат был также получен при исследовании транспортных и магнитных свойств эпитаксиальных пленок состава BaFe2(As1-xPx)2. Было показано, что в условиях высоких магнитных полей в таких пленках в окрестностях квантовой критической точки (QCP) обнаруживается две группы электронов, она из которых значительно увеличивает свою эффективную массу, а другая практически нечувствительна к QCP. Наблюдаемая двойственность может также присутствовать во многих других квантовых критических системах. Большой интерес к исследованию физических свойств фосфида железа FeP связан не только с важностью этого вещества как прекурсора Fe-СП, но и с тем, что фосфид железа обладает необычной геликоидальной магнитной структурой, детали строения которой, а также механизмы образования до сих пор являются предметом дискуссий. В ходе проведенного мессбауэровского исследования FeP в широком диапазоне температур была предложена модель неколлинеарной геликоидальной магнитной структуры, которая позволила впервые корректно описать экспериментальные спектры во всем диапазоне температур. Найденный подход имеет большой потенциал и в дальнейшем будет применён для описания других сложных магнитных структур как Fe-СП, так и их аналогов.