Investigação de um modelo para a coexistência de ordem magnética em supercondutores baseados em ferro

Abstract

Resumo: Desde sua descoberta por Kamerlingh Onnes em 1911, a supercondutividade vem sendo um dos principais temas de estudo na Física do Estado Solido. Embora tenha perdido um pouco o foco na segunda metade do Século XX, o advento dos supercondutores de altas temperaturas nos anos 1980 deram um novo folego ao tema, que vem sendo constantemente retomado pela frequente descoberta de novos materiais. Em 2008 foi aberta nova sub-área: a dos Supercondutores baseados em Ferro (ou IBSC - do inglês Iron- Based Supercondutor), onde camadas compostas por ferro e um pnictogênio (em geral, fósforo ou arsênio) são intercaladas por camadas de bloqueio diferenciativas. Embora tenham sido estudados exaustivamente nos últimos anos, não ha um modelo plenamente aceito que associe a supercondutividade do IBSC aos efeitos magnéticos do Ferro. Para tal, neste trabalho será apresentado, alem de uma discussão de caráter clássico baseado nas Equações de Maxwell, um modelo microscópico para IBSCs para o caso do ordenamento ferromagnético, descrita pelo acoplamento eletron-magnon através de um Hamiltoniano t-J, que associa o modelo de BCS ao modelo de Heisenberg. É mostrada a transformação do espaço das posições para o espaço dos momentos do Hamiltoniano, em termos de interações eletron-eletron via fônons e magnôns, devido as características magnéticas do IBSC. Posteriormente, e realizada a diagonalização do Hamiltoniano no espaço dos momentos, via transformação de similaridade. Palavras-chave: Supercondutores; Supercondutores Baseados em Ferro; Sistemas fermionboson; Transformação de Similaridade; Segunda Quantização.

Abstract: Since its discovery by Kamerlingh Onnes in 1911, superconductivity has been a major subject of study in Solid State Physics. Although it lost some focus in the second half of the 20th century, the advent of high-temperature superconductors in the 1980s gave a new life into the subject, which has been steadily resumed by the frequent discovery of new materials. In 2008 a new sub-area was opened: the Iron-Based Superconductors (IBSC), where layers composed of iron and a pnictide (in general, phosphorus or arsenic) are interspersed by particular Blocking Layers. Although they have been extensively studied in recent years, there is no fully accepted model that associates IBSC superconductivity with the magnetic e_ects of iron. For this, in this work, besides a discussion at the classical character based on the Maxwell Equations, a microscopic model for IBSCs will be presented for the case of the ferromagnetic arrangement, described by the electronmagnon coupling through a t-J Hamiltonian, which associates the model of BCS to the Heisenberg model. It is shown the transformation of the space of positions into the space of Hamiltonian moments, which proposes electron-electron interactions via phonons and magnons, due to the magnetic characteristics of the IBSC. Later, the diagonalization of the Hamiltonian in the space of the moments is carried out, through transformation of similarity. Key-words: Superconductors; Iron-Based Superconductors; Fermion-Boson Systems; Similarity Transformation; Second Quantization.