The review is focused on one of the most exotic families of iron-based superconductors belonging to the AFeAs structural class, where A is an alkali metal. We briefly concern physical and electronic properties of the typical members of this family, LiFeAs and NaFeAs, discuss the theoretical models describing the multigap superconducting state, and the experimental data available in literature. As well, we specify the main unsolved problems, that seem crucial for both, the AFeAs family and for iron-based superconductors in g-eneral.
Similar content being viewed by others
Notes
The data points for Tc ≈ 16.5 K represent the characteristic ratios averaged over those determined by the authors in the IMARE studies of ten Andreev junctions with the corresponding local critical temperature obtained in LiFeAs single crystals.
REFERENCES
J. H. Tapp, Z. Tang, B. Lv, K. Sasmal, B. Lorenz, P. C. W. Chu, and A. M. Guloy, Phys. Rev. B 78, 060505(R) (2008).
I. Morozov, A. Boltalin, O. Volkova, et al., Cryst. Growth Des. 10, 4428 (2010).
F. Steckel, M. Roslova, R. Beck, et al., Phys. Rev. B 91, 184516 (2015).
A. Lankau, K. Koepernik, S. Borisenko, V. Zabolotnyy, B. Büchner, J. van den Brink, and H. Eschrig, Phys. Rev. B 82, 184518 (2010).
Q. Si, R. Yu, and E. Abrahams, Nat. Rev. Mater. 1, 16017 (2016).
H. Hosono, A. Yamamoto, H. Hiramatsu, and Y. Ma, Mater. Today 21, 278 (2018).
F. Steckel, F. Caglieris, R. Beck, M. Roslova, D. Bombor, I. Morozov, S. Wurmehl, B. Büchner, and C. Hess, Phys. Rev. B 94, 184514 (2016).
F. Rullier-Albenque, C. R. Phys. 17, 164 (2016).
Y. M. Dai, H. Miao, L. Y. Xing, X. C. Wang, P. S. Wang, H. Xiao, T. Qian, P. Richard, X. G. Qiu, W. Yu, C. Q. Jin, Z. Wang, P. D. Johnson, C. C. Homes, and H. Ding, Phys. Rev. X 5, 031035 (2015).
A. F. Wang, X. G. Luo, Y. J. Yan, J. J. Ying, Z. J. Xiang, G. J. Ye, P. Cheng, Z. Y. Li, W. J. Hu, and X. H. Chen, Phys. Rev. B 85, 224521 (2012).
Z. R. Ye, Y. Zhang, F. Chen, M. Xu, J. Jiang, X. H. Niu, C. H. P. Wen, L. Y. Xing, X. C. Wang, C. Q. Jin, B. P. Xie, and D. L. Feng, Phys. Rev. X 4, 031041 (2014).
G. Tan, Y. Song, R. Zhang, L. Lin, Z. Xu, L. Tian, S. Chi, M. K. Graves-Brook, S. Li, and P. Dai, Phys. Rev. B 95, 054501 (2017).
S. V. Borisenko, V. B. Zabolotnyy, D. V. Evtushinsky, T. K. Kim, I. V. Morozov, A. N. Yaresko, A. A. Kordyuk, G. Behr, A. Vasiliev, R. Follath, and B. Büchner, Phys. Rev. Lett. 105, 067002 (2010).
L. Y. Xing, X. Shi, P. Richard, X. C. Wang, Q. Q. Liu, B. Q. Lv, J.-Z. Ma, B. B. Fu, L.-Y. Kong, H. Miao, T. Qian, T. K. Kim, M. Hoesch, H. Ding, and C. Q. Jin, Phys. Rev. B 94, 094524 (2016).
L. Y. Xing, H. Miao, X. C. Wang, J. Ma, Q. Q. Liu, Z. Deng, H. Ding, and C. Q. Jin, J. Phys.: Condens. Matter 26, 435703 (2014).
M. J. Pitcher, T. Lancaster, J. D. Wright, I. Franke, A. J. Steele, P. J. Baker, F. L. Pratt, W. T. Thomas, D. R. Parker, S. J. Blundell, and S. J. Clarke, J. Am. Chem. Soc. 132, 10467 (2010).
M. Gooch, B. Lv, J. H. Tapp, Z. Tang, B. Lorenz, A. M. Guloy, and P. C. W. Chu, Eur. Phys. Lett. 85, 27005 (2008).
M. Wang, M. Wang, H. Miao, S. V. Carr, D. L. Abernathy, M. B. Stone, X. C. Wang, L. Xing, C. Q. Jin, X. Zhang, J. Hu, T. Xiang, H. Ding, and P. Dai, Phys. Rev. B 86, 144511 (2012).
A. Bianconi, S. Agrestini, D. Di Castro, G. Campi, G. Zangari, and N. L. Saini, Phys. Rev. B 65, 174515 (2002).
Y. S. Kushnirenko, D. V. Evtushinsky, T. K. Kim, I. Morozov, L. Harnagea, S. Wurmehl, S. Aswartham, B. Büchner, A. V. Chubukov, and S. V. Borisenko, Phys. Rev. B 102, 184502 (2020).
J. D. Wright, T. Lancaster, I. Franke, A. J. Steele, J. S. Möller, M. J. Pitcher, A. J. Corkett, D. R. Parker, D. G. Free, F. L. Pratt, P. J. Baker, S. J. Clarke, and S. J. Blundell, Phys. Rev. B 85, 054503 (2012).
D. R. Parker, M. J. P. Smith, T. Lancaster, A. J. Steel, I. Franke, P. J. Baker, F. L. Pratt, M. J. Pitcher, S. J. Blundell, and S. J. Clarke, Phys. Rev. Lett. 104, 057007 (2010).
M. Toyoda, Y. Kobayashi, and M. Itoh, Phys. Rev. B 97, 094515 (2018).
A. A. Kordyuk, Low Temp. Phys. 40, 286 (2014).
I. A. Nekrasov and M. V. Sadovskii, JETP Lett. 99, 598 (2014).
S. V. Borisenko, D. V. Evtushinsky, Z.-H. Liu, I. Morozov, R. Kappenberger, S. Wurmehl, B. Büchner, A. N. Yaresko, T. K. Kim, M. Hoesch, T. Wolf, and N. D. Zhigadlo, Nat. Phys. 12, 311 (2016).
I. A. Nekrasov, N. S. Pavlov, and M. V. Sadovskii, JETP Lett. 102, 26 (2015).
P. V. Arribi and L. de Medici, Phys. Rev. B 104, 125130 (2021).
K. Umezawa, Y. Li, H. Miao, K. Nakayama, Z.‑H. Liu, P. Richard, T. Sato, J. B. He, D.-M. Wang, G. F. Chen, H. Ding, T. Takahashi, and S.-C. Wang, Phys. Rev. Lett. 108, 037002 (2012).
S. V. Borisenko, V. B. Zabolotnyy, A. A. Kordyuk, D. V. Evtushinsky, T. K. Kim, I. V. Morozov, R. Follath, and B. Büchner, Symmetry 4, 251 (2012).
R. P. Day, G. Levy, M. Michiardi, et al., Phys. Rev. Lett. 121, 076401 (2018).
S. Thirupathaiah, D. V. Evtushinsky, J. Maletz, V. B. Zabolotnyy, A. A. Kordyuk, T. K. Kim, S. Wurmehl, M. Roslova, I. Morozov, B. Büchner, and S. V. Borisenko, Phys. Rev. B 86, 214508 (2012).
Z.-H. Liu, P. Richard, K. Nakayama, et al., Phys. Rev. B 84, 064519 (2011).
S. T. Cui, S. Y. Zhu, A. F. Wang, S. Kong, S. L. Ju, X. G. Luo, X. H. Chen, G. B. Zhang, and Z. Sun, Phys. Rev. B 86, 155143 (2012).
S. T. Cui, S. Kong, S. L. Ju, P. Wu, A. F. Wang, X. G. Luo, X. H. Chen, G. B. Zhang, and Z. Sun, Phys. Rev. B 88, 245112 (2013).
M. D. Watson, S. Aswartham, L. C. Rhodes, B. Parrett, H. Iwasawa, M. Hoesch, I. Morozov, B. Büchner, and T. K. Kim, Phys. Rev. B 97, 035134 (2018).
I. R. Fisher, L. Degiorgi, and Z. X. Shen, Rep. Progr. Phys. 74, 124506 (2011).
M. Yi, D. H. Lu, R. G. Moore, K. Kihou, C.-H. Lee, A. Iyo, H. Eisaki, T. Yoshida, A. Fujimori, and Z.‑X. Shen, New J. Phys. 14, 073019 (2012).
L. Boeri, O. V. Dolgov, and A. A. Golubov, Phys. Rev. Lett. 101, 026403 (2008).
R. H. Liu, T. Wu, G. Wu, H. Chen, X. F. Wang, Y. L. Xie, J. J. Yin, Y. J. Yan, Q. J. Li, B. C. Shi, W. S. Chu, Z. Y. Wu, and X. H. Chen, Nature (London, U.K.) 459, 64 (2009).
I. I. Mazin, D. J. Singh, M. D. Johannes, and M. H. Du, Phys. Rev. Lett. 101, 057003 (2008).
S. Maiti, M. M. Korshunov, T. A. Maier, P. J. Hirschfeld, and A. V. Chubukov, Phys. Rev. B 84, 224505 (2011).
M. M. Korshunov, Phys. Usp. 57, 813 (2014).
M. M. Korshunov, in Perturbation Theory: Advances in Research and Applications, Ed. by Z. Pirogov (Nova Science, New York, 2018), p. 61.
Y. Wang, A. Kreisel, V. B. Zabolotnyy, S. V. Borisenko, B. Büchner, T. A. Maier, P. J. Hirschfeld, and D. J. Scalapino, Phys. Rev. B 88, 174516 (2013).
F. Ahn, I. Eremin, J. Knolle, V. B. Zabolotnyy, S. V. Borisenko, B. Büchner, and A. V. Chubukov, Phys. Rev. B 89, 144513 (2014).
M. M. Korshunov, V. A. Shestakov, and Yu. N. Togushova, J. Magn. Magn. Mater. 440, 133 (2017).
D. S. Inosov, C. R. Phys. 17, 60 (2016).
S. A. Kuzmichev and T. E. Kuzmicheva, JETP Lett. 105, 671 (2017).
S. A. Kuzmichev, T. E. Kuzmicheva, and N. D. Zhigadlo, Eur. Phys. Lett. 119, 17007 (2017).
T. E. Kuzmicheva, S. A. Kuzmichev, and N. D. Zhigadlo, Phys. Rev. B 100, 144504 (2019).
M. Tortello, D. Daghero, G. A. Ummarino, V. A. Stepanov, J. Jiang, J. D. Weiss, E. E. Hellstrom, and R. S. Gonnelli, Phys. Rev. Lett. 105, 237002 (2010).
Z.-S. Wang, Z.-Y. Wang, H.-Q. Luo, X.-Y. Lu, J. Zhu, C.-H. Li, L. Shan, H. Yang, H.-H. Wen, and C. Ren, Phys. Rev. B 86, 060508(R) (2012).
M. M. Korshunov, V. A. Shestakov, and Yu. N. Togushova, Phys. Rev. B 94, 094517 (2016).
M. M. Korshunov, Phys. Rev. B 98, 104510 (2018).
T. Agatsuma and H. Yamase, Phys. Rev. B 94, 214505 (2016).
H. Kontani and S. Onari, Phys. Rev. Lett. 104, 157001 (2010).
T. Saito, S. Onari, Y. Yamakawa, H. Kontani, S. V. Borisenko, and V. B. Zabolotnyy, Phys. Rev. B 90, 035104 (2014).
T. Saito, Y. Yamakawa, S. Onari, and H. Kontani, Phys. Rev. B 92, 134522 (2015).
A. E. Karakozov, M. V. Magnitskaya, L. S. Kadyrov, and B. P. Gorshunov, Phys. Rev. B 99, 054504 (2019).
A. Bianconi, Nat. Phys. 9, 536 (2013).
A. E. Taylor, M. J. Pitcher, R. A. Ewings, T. G. Perring, S. J. Clarke, and A. T. Boothroyd, Phys. Rev. B 83, 220514(R) (2011).
J. Knolle, V. B. Zabolotnyy, I. Eremin, S. V. Borisenko, N. Qureshi, M. Braden, D. V. Evtushinsky, T. K. Kim, A. A. Kordyuk, S. Sykora, Ch. Hess, I. V. Morozov, S. Wurmehl, R. Moessner, and B. Büchner, Phys. Rev. B 86, 174519 (2012).
A. Kreisel, B. M. Andersen, P. O. Sprau, A. Kostin, J. C. Séamus Davis, and P. J. Hirschfeld, Phys. Rev. B 95, 174504 (2017).
B. H. Min, J. B. Hong, J. H. Yun, T. Iizuka, S.-I. Kimura, Y. Bang, and Y. S. Kwon, New J. Phys. 15, 073029 (2013).
S. A. Kuzmichev, T. E. Kuzmicheva, A. I. Boltalin, and I. V. Morozov, JETP Lett. 98, 722 (2014).
T. E. Kuzmicheva, S. A. Kuzmichev, I. V. Morozov, S. Wurmehl, and B. Büchner, JETP Lett. 111, 350 (2020).
S. Chi, R. Aluru, S. Groth, A. Kreisel, U. R. Singh, B. M. Andersen, W. N. Hardy, R. Liang, D. A. Bonn, S. A. Burke, and P. Wahl, Nat. Commun. 8, 15996 (2017).
S. Chi, S. Grothe, R. Liang, P. Dosanjh, W. N. Hardy, S. A. Burke, D. A. Bonn, and Y. Pennec, Phys. Rev. Lett. 109, 087002 (2012).
M. P. Allan, K. Lee, A. W. Rost, M. H. Fischer, F. Massee, K. Kihou, C.-H. Lee, A. Iyo, H. Eisaki, T.‑M. Chuang, J. C. Davis, and E.-A. Kim, Nat. Phys. 11, 177 (2015).
P. K. Nag, R. Schlegel, D. Baumann, H.-J. Grafe, R. Beck, S. Wurmehl, B. Büchner, and C. Hess, Sci. Rep. 6, 27926 (2016).
Z. Sun, P. K. Nag, S. Sykora, J. M. Guevara, S. Hoffmann, C. Salazar, T. Hänke, R. Kappenberger, S. Wurmehl, B. Büchner, and C. Hess, Phys. Rev. B 100, 024506 (2019).
Ya. G. Ponomarev, H. H. Van, S. A. Kuzmichev, S. V. Kulbachinskii, M. G. Mikheev, M. V. Sudakova, and S. N. Tchesnokov, JETP Lett. 96, 743 (2012).
P. J. Hirschfeld, C. R. Phys. 17, 197 (2016).
R. Yu, J.-X. Zhu, and Q. Si, Phys. Rev. B 89, 024509 (2014).
C. Zhang, H.-F. Li, Y. Song, et al., Phys. Rev. B 88, 064504 (2013).
C. Zhang, R. Yu, Y. Su, Y. Song, M. Wang, G. Tan, T. Egami, J. A. Fernandez-Baca, E. Faulhaber, Q. Si, and P. Dai, Phys. Rev. Lett. 111, 207002 (2013).
C. Zhang, W. Lv, G. Tan, Y. Song, S. V. Carr, S. Chi, M. Matsuda, A. D. Christianson, J. A. Fernandez-Baca, L. W. Harriger, and P. Dai, Phys. Rev. B 93, 174522 (2016).
D. W. Tam, Z. Yin, Y. Xie, W. Wang, M. B. Stone, D. T. Adroja, H. C. Walker, M. Yi, and P. Dai, Phys. Rev. B 102, 054430 (2020).
S. Onari and H. Kontani, Phys. Rev. Res. 2, 042005(R) (2020).
T. Timusk and B. W. Statt, Rep. Prog. Phys. 62, 61 (1999).
T. Shimojima, T. Sonobe, W. Malaeb, et al., Phys. Rev. B 89, 045501 (2014).
T. E. Kuzmicheva, S. A. Kuzmichev, K. S. Pervakov, and V. A. Vlasenko, JETP Lett. 112, 786 (2020).
M. P. Allan, A. W. Rost, A. P. Mackenzie, Y. Xie, J. C. Davis, K. Kihou, C. H. Lee, A. Iyo, H. Eisaki, and T.-M. Chuang, Science (Washington, DC, U. S.) 336, 563 (2012).
T. Hanaguri, K. Kitagawa, K. Matsubayashi, Y. Mazaki, Y. Uwatoko, and H. Takagi, Phys. Rev. B 85, 214505 (2012).
Y. J. Song, J. S. Ghim, J. H. Yoon, K. J. Lee, M. H. Jung, H.-S. Ji, J. H. Shim, Y. Bang, and Y. S. Kwon, Eur. Phys. Lett. 94, 57008 (2011).
H. Kim, M. A. Tanatar, Y. J. Song, Y. S. Kwon, and R. Prozorov, Phys. Rev. B 83, 100502(R) (2011).
D. J. Jang, J. B. Hong, Y. S. Kwon, T. Park, K. Gofryk, F. Ronning, J. D. Thompson, and Y. Bang, Phys. Rev. B 85, 180505(R) (2012).
K. Sasmal, B. Lv, Z. Tang, F. Y. Wei, Y. Y. Xue, A. M. Guloy, and C. W. Chu, Phys. Rev. B 81, 144512 (2010).
U. Stockert, M. Abdel-Hafiez, D. V. Evtushinsky, V. B. Zabolotnyy, A. U. B. Wolter, S. Wurmehl, I. Morozov, R. Klingeler, S. V. Borisenko, and B. Büchner, Phys. Rev. B 83, 224512 (2011).
Y. Imai, H. Takahashi, K. Kitagawa, K. Matsubayashi, N. Nakai, Y. Nagai, Y. Uwatoko, M. Machida, and A. Maeda, J. Phys. Soc. Jpn. 80, 013704 (2011).
J. Fink, J. Nayak, E. D. L. Rienks, J. Bannies, S. Wurmehl, S. Aswartham, I. Morozov, R. Kappenberger, M. A. ElGhazali, L. Craco, H. Rosner, C. Felser, and B. Büchner, Phys. Rev. B 99, 245156 (2019).
Q. Q. Ge, Z. R. Ye, M. Xu, Y. Zhang, J. Jiang, B. P. Xie, Y. Song, C. L. Zhang, P. Dai, and D. L. Feng, Phys. Rev. X 3, 011020 (2013).
P. Cai, X. Zhou, W. Ruan, A. Wang, X. Chen, D.‑H. Lee, and Y. Wang, Nat. Commun. 4, 1596 (2013).
H. Yang, Z. Wang, D. Fang, S. Li, T. Kariyado, G. Chen, M. Ogata, T. Das, A. V. Balatsky, and H.-H. Wen, Phys. Rev. B 86, 214512 (2012).
S. Y. Zhou, X. C. Hong, X. Qiu, B. Y. Pan, Z. Zhang, X. L. Li, W. N. Dong, A. F. Wang, X. G. Luo, X. H. Chen, and S. Y. Li, Eur. Phys. Lett. 101, 17007 (2013).
K. Cho, M. A. Tanatar, N. Spyrison, H. Kim, Y. Song, P. Dai, C. L. Zhang, and R. Prozorov, Phys. Rev. B 86, 020508(R) (2012).
ACKNOWLEDGMENTS
We are grateful to I.V. Morozov for the high-quality LiFeAs samples provided, moral and technical support, and permanent regard, as well as to M.M. Korshunov and V.M. Pudalov for fruitful discussions.
Funding
This work was supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (project no. 0023-2019-0005, topic “Physics of High-Temperature Superconductors and Novel Quantum Materials”). The experimental IMARE study of LiFeAs with the participation by T.E. Kuzmicheva was supported by the Russian Science Foundation (project no. 19-72-00196).
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Ethics declarations
The authors declare that they have no conflicts of interest.
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Kuzmicheva, T.E., Kuzmichev, S.A. Electronic and Superconducting Properties of the AFeAs (A = Li, Na) Family Alkali-Metal Pnictides: Current Stage of the Research (Brief Review). Jetp Lett. 114, 630–642 (2021). https://doi.org/10.1134/S0021364021220070
Received:
Revised:
Accepted:
Published:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1134/S0021364021220070