Correlaciones electrónicas en el superconductor BaFe2S3

En 1986 y 2008, se descubrió la superconductividad de alta temperatura en los cupratos y en los superconductores de hierro (FeSCs), respectivamente. La primera dio lugar al premio Nobel más rápido de la historia, y en ambos casos aún no está claro el origen de dicha fase superconductora. Ambos compuestos comparten ciertas similitudes: son materiales cuasi-2D con capas del metal de transición (cobre o hierro), cuyo compuesto padre tiene una fase antiferromagnética que se suprime al dopar (y también al aplicar presión en el caso de algunos FeSCs), dando lugar a la aparición de una fase superconductora de alta temperatura. En ambos casos, el sistema padre tiene un comportamiento diferente, siendo el de los cupratos un aislante de Mott, y el de los FeSCs un metal correlacionado en el que el acoplo Hund es importante.

PizarroBaFe2S3

Por otro lado, en un tipo diferente de compuesto de FeSCs se descubrió, en 2015, una fase superconductora con hasta Tc=24K al aplicar una presión de P=10GPa. Dicho compuesto (con la fórmula BaFe2S3) pertenece a una nueva familia de FeSCs, en la que la estructura cristalina ya no es cuasi-2D, sino cuasi-1D. En vez de capas de Fe formando una red cuadrada, en este caso tenemos las llamadas “two-leg ladders”, es decir, cada tercera fila de átomos de Fe está ausente. Otro tipo de FeSCs perteneciente a la misma familia, el BaFe2Se3, presenta una Tc=11K al aplicar presión P=12.7GPa. El compuesto padre de estos sistemas tiene un carácter aislante, lo que ha llevado a pensar a varios autores que esta fase es un aislante de Mott.

Nuestro objetivo a lo largo del trabajo que hemos presentado es el de estudiar las correlaciones electrónicas en el BaFe2S3. Para la fase paramagnética y a  T=0K hemos descubierto que el sistema es un metal muy correlacionado en los canales orbitales que controlan las bandas cerca del nivel de Fermi. El efecto de la temperatura podría hacer de este sistema un aislante. Por otro lado, también estudiamos el sistema al aplicar presión, en torno al valor al que el sistema se vuelve superconductor. En este caso, el sistema presenta unos valores de las correlaciones equivalentes al de otros FeSCs, estando en el régimen del metal correlacionado.

Otro resultado interesante que hemos obtenido es que, en ambos casos, la superficie de Fermi se ve muy afectada por dichas correlaciones electrónicas. Esto es diferente a cualquier otro FeSCs, en el que estás correlaciones apenas afectan a la superficie de Fermi. Esta reconstrucción de la superficie de Fermi podría ser importante para entender la fase superconductora.

J.M. Pizarro and E. Bascones, Strong electronic correlations and Fermi surface reconstruction in the quasi-one dimensional iron superconductor .