注意本文还包括对于Fermi surface nesting和magnetic ordering wave vector的名词解释于附录。

DOI: 10.1038/NMAT3120

Title: Kinetic frustration and the nature of the magnetic and paramagnetic states in iron pnictides and iron chalcogenides

Author: Z. P. Yin1,2*, K. Haule1 and G. Kotliar1

文章开篇点出，The iron pnictides/chalcogenides are Hund's metals.

何为洪特金属呢？在这些体系中，电子间的库伦相互作用还不够强得以至于完全使电子局域，不过也显著地减慢了，表现在低能涌现出的准粒子有效质量增加。这种质量的增加并非来自Hubbard相互作用的U，而是基于洪特定则，把处于同一个铁原子位置的多个电子，倾向于尽量自旋平行地排列，安排到不同的磁量子数态（under maybe 3d）。

磁矩的涨落大小随着关联长度单调递增。不同轨道质量增量不尽相同，t2g的xy, xz/yz更强（图中有误），eg的z²和x²-y²更弱。看FeTe，eg约3而xz/yz已经到5了，xy更是到 7，不同轨道差别很大。

Hund's metals质量增加的原因在于，轨道阻塞机制（orbital blocking mechanism）。机制解释如下：对于一个Hund's coupling很强的体系，Fe的3d6大概率意味着S=2的自旋态（↑↑↑↑↕），这种占据阻止了↑电子在Fe原子间的跃迁，引发轨道阻塞。

更大的X原子可以使得Fe原子之间的距离更大，Fe之间的距离越大，越局域（反之越巡游），这可以解释FeTe的m*最重，因为X=Te的原子半径大，对应更局域。另外，X原子离Fe平面的距离（即四面体的形状），影响晶场环境，从而改变着轨道的占据。

因为重的准粒子具备更窄的能带，对于晶场环境更加敏感，从而更容易发生晶场劈裂，所以可以解释FeTe的轨道差异最大，而LaFePO的比较小。晶场劈裂造成的后果从Fig. 2b也可反映，比如劈裂之后，电子从t2g轨道transfer到eg轨道，xy轨道是t2g轨道电子transfer的主要贡献。

动量阻挫机制（Kinetic frustration mechanism）贡献了FeTe中大部分xy轨道质量的增加。对于该机制的解释如下：两个最近邻的Fe原子之间的hopping有两种贡献，一个是来自于Fe-Fe波函数交叠带来的直接hopping，另一个来自于Fe-X-Fe的间接hopping，注意这两种hopping的值是符号相反的（一次→ -，两次→ (- -) = +）。对于xz和yz轨道，Fe-X-Fe间接hopping的贡献更大，而对于xy轨道，两种贡献几乎等同。所以在X原子足够远离Fe平面的时候（FeTe情形），间接hopping减弱，从而两种贡献更加cancel each other，这导致了xy轨道的 Fe-Fe 几乎消失为零，于是xy轨道的质量upup。

对于巡游电子，费米面的形状还有费米面的嵌套（Fermi surface nesting）能够反映磁序波矢（magnetic ordering wave vector）。至于为什么可以反映，可以参见附录对于这两个概念的解释，然后配合上自己的思考。

Fig. 3 中，DFT+DMFT的结果和实验更吻合，比如看点，(b)图和(c)图，xy轨道的pocket应该在外，然后再看(b)→(c)，xy口袋grow，xz/yz口袋shrink，这和Fig. 2b给出的电子轨道transfer相吻合。值得注意，KFe2As2的(d)图，点只有空穴口袋，而M点几乎没有电子口袋，所以没有费米面嵌套，也就是说长程磁序可能不存在。实际上，KFe2As2确实没有SDW序(π, 0, π)，只有一点点稳定的Double-stripe SDW(π/2, π/2, π)。Double-stripe SDW在实验上发现于FeTe。

附录

费米面嵌套（Fermi surface nesting）

简洁定义：一段费米面平移后能与另一段费米面重合。

以下三张图片出自https://blog.csdn.net/wwxy1995/article/details/113220404

磁序波矢（magnetic ordering wave vector）

Z: 

铁磁态自旋一个方向

波长无限大

q=0

反铁磁的话波长应该就是两倍的电子自旋的间距

如果一个原胞一个电子的话

波矢就是pi/a

我不知道是不是这个意思

在自旋波的色散关系里好像见过类似的描述

Dagger: 

听上去很对

Z: 

搞懂教我

Dagger: 

我觉得尼懂了

Z: 

这个名词感觉没见过

不知道是不是指自旋波色散关系里的k

嗯哼，应该是

Dagger: 

自旋的实空间取向分布，傅里叶变化到k空间，对应的点

Z: 

这和费米面会有关吗

有点奇怪

Dagger: 

应该就是自旋波色散关系里的k

Z: 

自旋波色散关系的长波极限指的是铁磁共振态

有点像这里的这个

Dagger: 

是的

Z: 

就每个磁矩都一个朝向

Dagger: 

完全对应

我通了

Z: 

和费米面有啥关系吗

给我讲讲呢

搞不懂

Dagger: 

比如说一个自旋体系，某个轨道现在处于一个(π/a,π/a)的反铁磁基态，这个时候一个其他巡游轨道的电子路过了，然后跟这个自旋体系来了一点spin上的相互作用，与自旋体系对应的元激发量子交换了一些个能动量，这种交换会影响到巡游电子。而巡游电子一般处于费米面附近，所以这种散射过程会带来费米面的形状改变。

Z: 

嗯哼，是啥体系里会考虑这种能量吗

Dagger: 

是铁基超导，他磁序不杀超导，而是很有可能和电子配对机制相关联

当然，铜氧也是一样有这种可能

铁基向列序，铜氧反铁磁