Efectos de multi-banda en superconductores de hierro

El descubrimiento de superconductividad de alta temperatura en materiales de hierro en 2008 supuso un gran hito. Estos materiales son junto a los cupratos los únicos que superconducen por encima de 50 K. Los superconductores de hierro se caracterizan por sus planos de hierro-arsénico o hierro-selenio. Desde el inicio se propuso que la superconductividad en estos materiales era no convencional, es decir, que el apareamiento entre los electrones no estaba mediado por las vibraciones de la red. Esta propuesta, basada en cálculos del acoplo entre los electrones y las vibraciones de la red, se ve apoyada por la presencia de una fase antiferromagnética y de señales de correlaciones en diferentes medidas experimentales. La proximidad a estados magnéticos y la fuerte correlación entre los electrones son características que también presentan los cupratos, los superconductores orgánicos y los llamados fermiones pesados.

En el caso de los cupratos la superconductividad aparece al dopar (cambiar el número de portadores) en un aislante de Mott que se ordena de forma antiferromagnética. Un aislante de Mott es un sistema en el que el carácter aislante es debido a la repulsión electrónica, ya que la teoría de bandas convencional predeciría que fuera metálico. Al dopar el material la fase magnética se suprime y da paso a un estado metálico no bien entendido en el que aparece la superconductividad al bajar la temperatura. En el caso de los materiales de hierro la superconductividad también aparece, en la mayoría de los casos, al suprimir una fase antiferromagnética, mediante dopaje o presión. Sin embargo este estado magnético no es aislante sino metálico. Debido a esta metalicidad no está tan clara la importancia que las correlaciones electrónicas tienen en los superconductores de hierro. El carácter multi-orbital de los superconductores de hierro los distingue de los cupratos.

La conductividad óptica es una técnica que se ha utilizado ampliamente para estudiar las correlaciones en los cupratos y más recientemente en los superconductores de hierro. En este trabajo nos centramos en analizar la relevancia del carácter multi-orbital de los superconductores de hierro en las correlaciones y en su efecto en la conductividad óptica. Vemos que la dependencia que muestran las correlaciones en cada orbital y la presencia de transiciones interbanda a baja energía invalidan el análisis que se había venido haciendo de la energía cinética en base a la supresión observada de la conductividad óptica a baja frecuencia (pico de Drude). Partiendo de una descripción de las correlaciones electrónicas en la que los superconductores de hierro son aislantes de Mott dopados predecimos una importante asimetría de la conductividad óptica frente al dopaje con electrones o huecos.

Capas hierro-arsénico que caracterizan los superconductores de hierro. Leni Bascones (ICMM-CSIC)

Capas hierro-arsénico que caracterizan los superconductores de hierro. Leni Bascones (ICMM-CSIC)

Correlation, doping and interband effects on the optical conductivity of iron superconductors. M. J. Calderón, L. de’Medici, B. Valenzuela y E. Bascones. Phys. Rev. B 90, 115128 (2014).

Leni Bascones