Electronic scattering effects in europium-based iron pnictides

Sina Zapf; David Neubauer; Kirk W. Post; Alina Kadau; Johannes Merz; Conrad Clauss; Anja Löhle; Hirale S. Jeevan; Philipp Gegenwart; Dimitri N. Basov; Martin Dressel

doi:10.1016/j.crhy.2015.04.008

Electronic scattering effects in europium-based iron pnictides
[Effets de la diffusion électronique dans les pnictures de fer à base d'europium]

Sina Zapf ¹ ; David Neubauer ¹ ; Kirk W. Post ² ; Alina Kadau ¹ ; Johannes Merz ¹ ; Conrad Clauss ¹ ; Anja Löhle ¹ ; Hirale S. Jeevan ^3,⁴ ; Philipp Gegenwart ^3,⁵ ; Dimitri N. Basov ² ; Martin Dressel ¹

¹ 1. Physikalisches Institut, Universität Stuttgart, Pfaffenwaldring 57, 70550 Stuttgart, Germany
² Department of Physics, University of California, San Diego, La Jolla, CA 92093, USA
³ I. Physikalisches Institut, Universität Göttingen, Friedrich-Hund-Platz 1, 37077 Göttingen, Germany
⁴ Department of Physics, PESITM, Sagar Road, 577204 Shimoga, India
⁵ Experimentalphysik VI, Universität Augsburg, Universitätsstraße 1, 86135 Augsburg, Germany

Comptes Rendus. Physique, Volume 17 (2016) no. 1-2, pp. 188-196.

Résumé
Abstract

Dans ce travail exhaustif, nous étudions les effets de la diffusion électronique dans EuFe₂ ${({As}_{1 - x} P_{x})}_{2}$ en utilisant la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier. En dépit du fait que les moments magnétiques locaux d' ${Eu}^{2 +}$ s'ordonnent autour de $T_{Eu} \sim 20 K$ , la réponse optique globale est étonnament similaire à celle des pnictures Ba-122 bien connus. La principale différence réside dans la suppression du gap de l'onde de densité de spin. En analysant nos spectres à l'aide d'un modèle à composantes multiples, nous trouvons que le phénomène de haute énergie autour de 0.7 eV – souvent associé au couplage selon la règle de Hund – est hautement sensible à l'ordre de l'onde de densité de spin ; ceci confirme d'autant mieux sa relation directe avec la dynamique des porteurs itinérants. Le même modèle est aussi utilisé pour rechercher l'anisotropie dans le plan d' ${EuFe}_{2} {As}_{2}$ magnétiquement démaclé dans l'état ordonné antiferromagnétique, donnant un poids de Drude plus élevé et un taux de diffraction plus bas selon l'axe crystallographique a. Finalement, nous analysons le développement des spectres à tempéra-ture ambiante avec substitution isovalente du phosphore et mettons en lumière les changements dans le taux de diffusion des porteurs de type trou induits par une transition de Lifshitz.

In a comprehensive study, we investigate the electronic scattering effects in ${EuFe}_{2} {({As}_{1 - x} P_{x})}_{2}$ by using Fourier-transform infrared spectroscopy. In spite of the fact that ${Eu}^{2 +}$ local moments order at around $T_{Eu} \sim 20 K$ , the overall optical response is strikingly similar to the one of the well-known Ba-122 pnictides. The main difference lies within the suppression of the lower spin-density-wave gap feature. By analyzing our spectra with a multi-component model, we find that the high-energy feature around 0.7 eV – often associated with Hund's rule coupling – is highly sensitive to the spin-density-wave ordering; this further confirms its direct relationship to the dynamics of itinerant carriers. The same model is also used to investigate the in-plane anisotropy of magnetically detwinned ${EuFe}_{2} {As}_{2}$ in the antiferromagnetically ordered state, yielding a higher Drude weight and lower scattering rate along the crystallographic a-axis. Finally, we analyze the development of the room-temperature spectra with isovalent phosphor substitution and highlight changes in the scattering rate of hole-like carriers induced by a Lifshitz transition.

Publié le : 2015-06-22

DOI : 10.1016/j.crhy.2015.04.008

Keywords: Iron pnictides, Electrodynamic properties, Scattering, Isovalent substitution, Infrared, Optical properties
Mot clés : Pnictures de fer, Propriétés électrodynamiques, Diffusion électronique, Substitution isovalent, Infrarouge, Propriétés optiques

Affiliations des auteurs :

Sina Zapf ¹ ; David Neubauer ¹ ; Kirk W. Post ² ; Alina Kadau ¹ ; Johannes Merz ¹ ; Conrad Clauss ¹ ; Anja Löhle ¹ ; Hirale S. Jeevan ^{3, 4} ; Philipp Gegenwart ^{3, 5} ; Dimitri N. Basov ² ; Martin Dressel ¹

¹ 1. Physikalisches Institut, Universität Stuttgart, Pfaffenwaldring 57, 70550 Stuttgart, Germany
² Department of Physics, University of California, San Diego, La Jolla, CA 92093, USA
³ I. Physikalisches Institut, Universität Göttingen, Friedrich-Hund-Platz 1, 37077 Göttingen, Germany
⁴ Department of Physics, PESITM, Sagar Road, 577204 Shimoga, India
⁵ Experimentalphysik VI, Universität Augsburg, Universitätsstraße 1, 86135 Augsburg, Germany

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Sina Zapf; David Neubauer; Kirk W. Post; Alina Kadau; Johannes Merz; Conrad Clauss; Anja Löhle; Hirale S. Jeevan; Philipp Gegenwart; Dimitri N. Basov; Martin Dressel. Electronic scattering effects in europium-based iron pnictides. Comptes Rendus. Physique, Volume 17 (2016) no. 1-2, pp. 188-196. doi : 10.1016/j.crhy.2015.04.008. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/physique/articles/10.1016/j.crhy.2015.04.008/

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