Skip to main content

Optical and Transport Properties

  • Chapter
  • First Online:
Iron-Based Superconductivity

Part of the book series: Springer Series in Materials Science ((SSMATERIALS,volume 211))

  • 2119 Accesses

Abstract

The iron-based superconductors are in general multiband materials with both electron and hole pockets at the Fermi surface. The presence of multiple carrier types complicates the interpretation of dc transport measurements. However, in the normal state the complex optical properties allow the different contributions to be disentangled, permitting the behavior of the electrons and the holes to be studied using the two-Drude model. The strong, broad Drude term associated with the hole pockets is essentially temperature independent and almost incoherent. Coherent transport originates from the electron pockets where the Drude term is weaker, but the temperature-dependent scattering rate is typically much smaller. The crossover in the optical scattering rates is associated with anomalies observed in transport measurements. Interestingly, the electron pocket can display either a Fermi liquid or a non-Fermi liquid behavior, depending on the nature of the chemical substitution. In the superconducting state the strength of the condensate may be determined as well as the magnitude of the superconducting energy gaps.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this chapter

Chapter
USD 29.95
Price excludes VAT (USA)
  • Available as PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever
eBook
USD 84.99
Price excludes VAT (USA)
  • Available as EPUB and PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever
Softcover Book
USD 109.99
Price excludes VAT (USA)
  • Compact, lightweight edition
  • Dispatched in 3 to 5 business days
  • Free shipping worldwide - see info
Hardcover Book
USD 109.99
Price excludes VAT (USA)
  • Durable hardcover edition
  • Dispatched in 3 to 5 business days
  • Free shipping worldwide - see info

Tax calculation will be finalised at checkout

Purchases are for personal use only

Institutional subscriptions

Notes

  1. 1.

    For the purposes of this discussion, ω, 1∕τ, and Δ are all assumed to have the same units.

  2. 2.

    Wave numbers are expressed in units of cm−1; 1 cm\(^{-1} = 30\) GHz, 1 eV = 8,065.5 cm−1.

References

  1. C.C. Homes, M. Reedyk, D.A. Crandles, T. Timusk, Appl. Opt. 32(16), 2976 (1993). doi:10.1364/AO.32.002976

    Article  Google Scholar 

  2. M. Dressel, G. Grüner, Electrodynamics of Solids (Cambridge University Press, Cambridge, 2001)

    Google Scholar 

  3. F. Wooten, Optical Properties of Solids (Academic, New York, 1972)

    Google Scholar 

  4. R.M.A. Azzam, N.M. Bashara, Ellipsometry and Polarized Light (North-Holland Personal Library, Amsterdam, 1977)

    Google Scholar 

  5. H. Kuzmany, Solid-State Spectroscopy (Springer, Berlin, 1998)

    Book  Google Scholar 

  6. J.M. Ziman, Principles of the Theory of Solids (Cambridge University Press, London, 1972)

    Book  Google Scholar 

  7. E. Grüneisen, Ann. Phys. 408, 530 (1933). doi:10.1002/andp.19334080504

    Article  Google Scholar 

  8. R.N. Gurzhi, Soviet Phys. JETP 20, 953 (1965)

    Google Scholar 

  9. U. Nagel, T. Uleksin, T. Rõõm, R.P.S.M. Lobo, P. Lejay, C.C. Homes, J.S. Hall, A.W. Kinross, S.K. Purdy, T. Munsie, T.J. Williams, G.M. Luke, T. Timusk, Proc. Natl. Acad. Sci. 109(47), 19161 (2012). doi:10.1073/pnas.1208249109

    Article  Google Scholar 

  10. J.W. Allen, J.C. Mikkelsen, Phys. Rev. B 15(6), 2952 (1977). doi:10.1103/PhysRevB.15.2952

    Article  Google Scholar 

  11. A.V. Puchkov, D.N. Basov, T. Timusk, J. Phys. 8(48), 10049 (1996). doi:doi:10.1088/0953-8984/8/48/023

    Google Scholar 

  12. P.B. Allen, Phys. Rev. B 3, 305 (1971). doi:10.1103/PhysRevB.3.305

    Article  Google Scholar 

  13. S.V. Dordevic, C.C. Homes, J.J. Tu, T. Valla, M. Strongin, P.D. Johnson, G.D. Gu, D.N. Basov, Phys. Rev. B 71, 104529 (2005). doi:10.1103/PhysRevB.71.104529

    Article  Google Scholar 

  14. E. van Heumen, E. Muhlethaler, A.B. Kuzmenko, H. Eisaki, W. Meevasana, M. Greven, D. van der Marel, Phys. Rev. B 79, 184512 (2009). doi:10.1103/PhysRevB.79.184512

    Article  Google Scholar 

  15. D.J. Singh, M.H. Du, Phys. Rev. Lett. 100, 237003 (2008). doi:10.1103/PhysRevLett. 100.237003

    Article  Google Scholar 

  16. A. Subedi, L. Zhang, D.J. Singh, M.H. Du, Phys. Rev. B 78, 134514 (2008). doi:10.1103/Phys RevB.78.134514

    Article  Google Scholar 

  17. D. Wu, N. Barišić, P. Kallina, A. Faridian, B. Gorshunov, N. Drichko, L.J. Li, X. Lin, G.H. Cao, Z.A. Xu, N.L. Wang, M. Dressel, Phys. Rev. B 81, 100512 (2010). doi:10.1103/PhysRevB.81.100512

    Article  Google Scholar 

  18. D.C. Mattis, J. Bardeen, Phys. Rev. 111, 412 (1958). doi:10.1103/PhysRev.111.412

    Article  Google Scholar 

  19. W. Zimmermann, E. Brandt, M. Bauer, E. Seider, L. Genzel, Physica C 183, 99 (1991). doi:10.1016/0921-4534(91)90771-P

    Article  Google Scholar 

  20. R.A. Ferrell, R.E. Glover, Phys. Rev. 109, 1398 (1958). doi:10.1103/PhysRev.109.1398

    Article  Google Scholar 

  21. M. Tinkham, R.A. Ferrell, Phys. Rev. Lett. 2, 331 (1959). doi:10.1103/PhysRevLett.2.331

    Article  Google Scholar 

  22. C. Jiang, E. Schachinger, J.P. Carbotte, D. Basov, T. Timusk, Phys. Rev. B 54, 1264 (1996). doi:10.1103/PhysRevB.54.1264

    Article  Google Scholar 

  23. Y. Kamihara, T. Watanabe, M. Hirano, H. Hosono, J. Am. Chem. Soc. 130(11), 3296 (2008). doi:10.1021/ja800073m

    Article  Google Scholar 

  24. Z.A. Ren, G.C. Che, X.L. Dong, J. Yang, W. Lu, W. Yi, X.L. Shen, Z.C. Li, L.L. Sun, F. Zhou, Z.X. Zhao, Europhys. Lett. 83(1), 17002 (2008). doi:10.1209/0295-5075/83/17002

    Article  Google Scholar 

  25. M. Rotter, M. Tegel, D. Johrendt, I. Schellenberg, W. Hermes, R. Pöttgen, Phys. Rev. B 78, 020503(R) (2008). doi:10.1103/PhysRevB.78.020503

    Google Scholar 

  26. M. Rotter, M. Tegel, D. Johrendt, Phys. Rev. Lett. 101, 107006 (2008). doi:10.1103/PhysRevLett.101.107006

    Article  Google Scholar 

  27. A.S. Sefat, R. Jin, M.A. McGuire, B.C. Sales, D.J. Singh, D. Mandrus, Phys. Rev. Lett. 101, 117004 (2008). doi:10.1103/PhysRevLett.101.117004

    Article  Google Scholar 

  28. L.J. Li, Y.K. Luo, Q.B. Wang, H. Chen, Z. Ren, Q. Tao, Y.K. Li, X. Lin, M. He, Z.W. Zhu, G.H. Cao, Z.A. Xu, New J. Phys. 11(2), 025008 (2009)

    Article  Google Scholar 

  29. S. Kasahara, T. Shibauchi, K. Hashimoto, K. Ikada, S. Tonegawa, R. Okazaki, H. Shishido, H. Ikeda, H. Takeya, K. Hirata, T. Terashima, Y. Matsuda, Phys. Rev. B 81, 184519 (2010). doi:10.1103/PhysRevB.81.184519

    Article  Google Scholar 

  30. M.H. Fang, H.M. Pham, B. Qian, T.J. Liu, E.K. Vehstedt, Y. Liu, L. Spinu, Z.Q. Mao, Phys. Rev. B 78, 224503 (2008). doi:10.1103/PhysRevB.78.224503

    Article  Google Scholar 

  31. T. Dong, Z.G. Chen, R.H. Yuan, B.F. Hu, B. Cheng, N.L. Wang, Phys. Rev. B 82, 054522 (2010). doi:10.1103/PhysRevB.82.054522

    Article  Google Scholar 

  32. A. Jesche, F. Nitsche, S. Probst, T. Doert, P. Müller, M. Ruck, Phys. Rev. B 86, 134511 (2012). doi:10.1103/PhysRevB.86.134511

    Article  Google Scholar 

  33. A. Dubroka, K.W. Kim, M. Rössle, V.K. Malik, A.J. Drew, R.H. Liu, G. Wu, X.H. Chen, C. Bernhard, Phys. Rev. Lett. 101, 097011 (2008). doi:10.1103/PhysRevLett.101.097011

    Article  Google Scholar 

  34. S.L. Drechsler, M. Grobosch, K. Koepernik, G. Behr, A. Köhler, J. Werner, A. Kondrat, N. Leps, C. Hess, R. Klingeler, R. Schuster, B. Büchner, M. Knupfer, Phys. Rev. Lett. 101, 257004 (2008). doi:10.1103/PhysRevLett.101.257004

    Article  Google Scholar 

  35. G.F. Chen, Z. Li, G. Li, J. Zhou, D. Wu, J. Dong, W.Z. Hu, P. Zheng, Z.J. Chen, H.Q. Yuan, J. Singleton, J.L. Luo, N.L. Wang, Phys. Rev. Lett. 101, 057007 (2008). doi:10.1103/PhysRevLett.101.057007

    Article  Google Scholar 

  36. A.V. Boris, N.N. Kovaleva, S.S.A. Seo, J.S. Kim, P. Popovich, Y. Matiks, R.K. Kremer, B. Keimer, Phys. Rev. Lett. 102, 027001 (2009). doi:10.1103/PhysRevLett.102.027001

    Article  Google Scholar 

  37. X. Xi, Y.M. Dai, C.C. Homes, M. Kidszun, S. Haindl, G.L. Carr, Phys. Rev. B 87, 180509 (2013). doi:10.1103/PhysRevB.87.180509

    Article  Google Scholar 

  38. Z.G. Chen, T. Dong, R.H. Ruan, B.F. Hu, B. Cheng, W.Z. Hu, P. Zheng, Z. Fang, X. Dai, N.L. Wang, Measurement of the c-Axis Optical Reflectance of AFe2As2 (A = Ba, Sr) Single Crystals: Evidence of Different Mechanisms for the Formation of Two Energy Gaps. Phys. Rev. Lett. 105(9), 097003 (2010). doi:10.1103/PhysRevLett.105.097003

    Google Scholar 

  39. T. Yildirim, Phys. Rev. Lett. 101, 057010 (2008). doi:10.1103/PhysRevLett.101.057010

    Article  Google Scholar 

  40. V.G. Hadjiev, M.N. Iliev, K. Sasmal, Y.Y. Sun, C.W. Chu, Phys. Rev. B 77, 220505(R) (2008). doi:10.1103/PhysRevB.77.220505

    Google Scholar 

  41. S.C. Zhao, D. Hou, Y. Wu, T.L. Xia, A.M. Zhang, G.F. Chen, J.L. Luo, N.L. Wang, J.H. Wei, Z.Y. Lu, Q.M. Zhang, Supercond. Sci. Technol. 22(1), 015017 (2009). doi:10.1088/0953-2048/22/1/015017

    Article  Google Scholar 

  42. M.A. Tanatar, N. Ni, G.D. Samolyuk, S.L. Bud’ko, P.C. Canfield, R. Prozorov, Phys. Rev. B 79, 134528 (2009). doi:10.1103/PhysRevB.79.134528

    Google Scholar 

  43. M. Tegel, M. Rotter, V. Weiβ, F.M. Schappacher, R. Pöttgen, D. Johrendt, J. Phys.: Condens. Matter 20(45), 452201 (2008). doi:10.1088/0953-8984/20/45/452201

    Google Scholar 

  44. M.S. Torikachvili, S.L. Bud’ko, N. Ni, P.C. Canfield, Phys. Rev. Lett. 101, 057006 (2008). doi:10.1103/PhysRevLett.101.057006

    Google Scholar 

  45. X.F. Wang, T. Wu, G. Wu, H. Chen, Y.L. Xie, J.J. Ying, Y.J. Yan, R.H. Liu, X.H. Chen, Phys. Rev. Lett. 102, 117005 (2009). doi:10.1103/PhysRevLett.102.117005

    Article  Google Scholar 

  46. W.Z. Hu, J. Dong, G. Li, Z. Li, P. Zheng, G.F. Chen, J.L. Luo, N.L. Wang, Phys. Rev. Lett. 101(25), 257005 (2008). doi:10.1103/PhysRevLett.101.257005

    Article  Google Scholar 

  47. L. Chauvière, Y. Gallais, M. Cazayous, M.A. Méasson, A. Sacuto, D. Colson, A. Forget, Phys. Rev. B 84, 104508 (2011). doi:10.1103/PhysRevB.84.104508

    Article  Google Scholar 

  48. D. Wu, N. Barišić, N. Drichko, S. Kaiser, A. Faridian, M. Dressel, S. Jiang, Z. Ren, L.J. Li, G.H. Cao, Z.A. Xu, H.S. Jeevan, P. Gegenwart, Phys. Rev. B 79, 155103 (2009). doi:10.1103/PhysRevB.79.155103

    Article  Google Scholar 

  49. H. Chen, Y. Ren, Y. Qiu, W. Bao, R.H. Liu, G. Wu, T. Wu, Y.L. Xie, X.F. Wang, Q. Huang, X.H. Chen, Europhys. Lett. 85, 17006 (2009). doi:10.1209/0295-5075/85/17006

    Article  Google Scholar 

  50. X.G. Luo, M.A. Tanatar, J.P. Reid, H. Shakeripour, N. Doiron-Leyraud, N. Ni, S.L. Bud’ko, P.C. Canfield, H. Luo, Z. Wang, H.H. Wen, R. Prozorov, L. Taillefer, Phys. Rev. B 80, 140503(R) (2009). doi:10.1103/PhysRevB.80.140503

    Google Scholar 

  51. A. Akrap, J.J. Tu, L.J. Li, G.H. Cao, Z.A. Xu, C.C. Homes, Phys. Rev. B 80, 180502(R) (2009). doi:10.1103/PhysRevB.80.180502

    Google Scholar 

  52. M. Rahlenbeck, G.L. Sun, D.L. Sun, C.T. Lin, B. Keimer, C. Ulrich, Phys. Rev. B 80, 064509 (2009). doi:10.1103/PhysRevB.80.064509

    Article  Google Scholar 

  53. A.A. Schafgans, B.C. Pursley, A.D. LaForge, A.S. Sefat, D. Mandrus, D.N. Basov, Phys. Rev. B 84, 052501 (2011). doi:10.1103/PhysRevB.84.052501

    Article  Google Scholar 

  54. M. Nakajima, T. Liang, S. Ishida, Y. Tomioka, K. Kihou, C.H. Lee, A. Iyo, H. Eisaki, T. Kakeshita, T. Ito, S. Uchida, Proc. Natl. Acad. Sci. 108(30), 12238 (2011). doi:10.1073/pnas.1100102108

    Article  Google Scholar 

  55. K. Nakayama, T. Sato, P. Richard, Y.M. Xu, Y. Sekiba, S. Souma, G.F. Chen, J.L. Luo, N.L. Wang, H. Ding, T. Takahashi, Europhys. Lett. 85(6), 67002 (2009)

    Article  Google Scholar 

  56. Y.M. Dai, B. Xu, B. Shen, H.H. Wen, J.P. Hu, X.G. Qiu, R.P.S.M. Lobo, Phys. Rev. B 86, 100501(R) (2012). doi:10.1103/PhysRevB.86.100501

    Google Scholar 

  57. J. Yang, D. Hüvonen, U. Nagel, T. Rõõm, N. Ni, P.C. Canfield, S.L. Bud’ko, J.P. Carbotte, T. Timusk, Phys. Rev. Lett. 102, 187003 (2009). doi:10.1103/PhysRevLett.102.187003

    Google Scholar 

  58. D.N. Basov, T. Timusk, Rev. Mod. Phys. 77, 721 (2005). doi:10.1103/RevModPhys.77.721

    Article  Google Scholar 

  59. Y.M. Dai, B. Xu, B. Shen, H. Xiao, H.H. Wen, X.G. Qiu, C.C. Homes, R.P.S.M. Lobo, Phys. Rev. Lett. 111, 117001 (2013). doi:10.1103/PhysRevLett.111.117001

    Article  Google Scholar 

  60. G. Li, W.Z. Hu, J. Dong, Z. Li, P. Zheng, G.F. Chen, J.L. Luo, N.L. Wang, Phys. Rev. Lett. 101, 107004 (2008). doi:10.1103/PhysRevLett.101.107004

    Article  Google Scholar 

  61. A. Charnukha, O.V. Dolgov, A.A. Golubov, Y. Matiks, D.L. Sun, C.T. Lin, B. Keimer, A.V. Boris, Phys. Rev. B 84, 174511 (2011). doi:10.1103/PhysRevB.84.174511

    Article  Google Scholar 

  62. I.I. Mazin, D.J. Singh, M.D. Johannes, M.H. Du, Phys. Rev. Lett. 101, 057003 (2008). doi:10.1103/PhysRevLett.101.057003

    Article  Google Scholar 

  63. A.V. Chubukov, D.V. Efremov, I. Eremin, Phys. Rev. B 78, 134512 (2008). doi:10.1103/PhysRevB.78.134512

    Article  Google Scholar 

  64. B. Cheng, Z.G. Chen, C.L. Zhang, R.H. Ruan, T. Dong, B.F. Hu, W.T. Guo, S.S. Miao, P. Zheng, J.L. Luo, G. Xu, P. Dai, N.L. Wang, Phys. Rev. B 83, 144522 (2011). doi:10.1103/PhysRevB.83.144522

    Article  Google Scholar 

  65. D. Yao-Min, X. Bing, S. Bing, X. Hong, R.P.S.M. Lobo, Q. Xiang-Gang, Chin. Phys. B 21(7), 077403 (2012). doi:10.1088/1674-1056/21/7/077403

    Article  Google Scholar 

  66. A.P. Litvinchuk, V.G. Hadjiev, M.N. Iliev, B. Lv, A.M. Guloy, C.W. Chu, Phys. Rev. B 78, 060503(R) (2008). doi:10.1103/PhysRevB.78.060503

    Google Scholar 

  67. J.H. Chu, J.G. Analytis, C. Kucharczyk, I.R. Fisher, Phys. Rev. B 79, 014506 (2009). doi:10.1103/PhysRevB.79.014506

    Article  Google Scholar 

  68. J.J. Tu, J. Li, W. Liu, A. Punnoose, Y. Gong, Y.H. Ren, L.J. Li, G.H. Cao, Z.A. Xu, C.C. Homes, Phys. Rev. B 82, 174509 (2010). doi:10.1103/PhysRevB.82.174509

    Article  Google Scholar 

  69. S. Ishida, M. Nakajima, T. Liang, K. Kihou, C.H. Lee, A. Iyo, H. Eisaki, T. Kakeshita, Y. Tomioka, T. Ito, S. Uchida, Phys. Rev. Lett. 110, 207001 (2013). doi:10.1103/PhysRevLett. 110.207001

    Article  Google Scholar 

  70. M.A. Tanatar, N. Ni, A. Thaler, S.L. Bud’ko, P.C. Canfield, R. Prozorov, Phys. Rev. B 82, 134528 (2010). doi:10.1103/PhysRevB.82.134528

    Google Scholar 

  71. N. Barišić, D. Wu, M. Dressel, L.J. Li, G.H. Cao, Z.A. Xu, Phys. Rev. B 82, 054518 (2010). doi:10.1103/PhysRevB.82.054518

    Article  Google Scholar 

  72. E. van Heumen, Y. Huang, S. de Jong, A.B. Kuzmenko, M.S. Golden, D. van der Marel, Europhys. Lett. 90(3), 37005 (2010). doi:10.1209/0295-5075/90/37005

    Article  Google Scholar 

  73. K.W. Kim, M. Rössle, A. Dubroka, V.K. Malik, T. Wolf, C. Bernhard, Phys. Rev. B 81, 214508 (2010). doi:10.1103/PhysRevB.81.214508

    Article  Google Scholar 

  74. R.P.S.M. Lobo, Y.M. Dai, U. Nagel, T. Rõ om, J.P. Carbotte, T. Timusk, A. Forget, D. Colson, Phys. Rev. B 82, 100506 (2010). doi:10.1103/PhysRevB.82.100506

    Google Scholar 

  75. M. Nakajima, S. Ishida, K. Kihou, Y. Tomioka, T. Ito, Y. Yoshida, C.H. Lee, H. Kito, A. Iyo, H. Eisaki, K.M. Kojima, S. Uchida, Phys. Rev. B 81, 104528 (2010). doi:10.1103/PhysRevB.81.104528

    Article  Google Scholar 

  76. A. Lucarelli, A. Dusza, F. Pfuner, P. Lerch, J.G. Analytis, J.H. Chu, I.R. Fisher, L. Degiorgi, New J. Phys. 12(7), 073036 (2010). doi:10.1088/1367-2630/12/7/073036

    Article  Google Scholar 

  77. M.M. Qazilbash, J.J. Hamlin, R.E. Baumbach, L. Zhang, D.J. Singh, M.B. Maple, D.N. Basov, Nat. Phys. 5, 647 (2009). doi:10.1038/nphys1343

    Article  Google Scholar 

  78. A.A. Schafgans, S.J. Moon, B.C. Pursley, A.D. LaForge, M.M. Qazilbash, A.S. Sefat, D. Mandrus, K. Haule, G. Kotliar, D.N. Basov, Phys. Rev. Lett. 108, 147002 (2012). doi:10.1103/PhysRevLett.108.147002

    Article  Google Scholar 

  79. D. Wu, N. Barišić, N. Drichko, P. Kallina, A. Faridian, B. Gorshunov, M. Dressel, L. Li, X. Lin, G. Cao, Z. Xu, Phys. C: Supercond. 470, Supplement 1(0), S399 (2010). doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.physc.2009.10.142. Proceedings of the 9th International Conference on Materials and Mechanisms of Superconductivity

  80. C.C. Homes, S.V. Dordevic, M. Strongin, D.A. Bonn, R. Liang, W.N. Hardy, S. Komiya, Y. Ando, G. Yu, N. Kaneko, X. Zhao, M. Greven, D.N. Basov, T. Timusk, Nature (London) 430, 539 (2004). doi:10.1038/nature02673

    Article  Google Scholar 

  81. A. Perucchi, L. Baldassarre, S. Lupi, J.Y. Jiang, J.D. Weiss, E.E. Hellstrom, S. Lee, C.W. Bark, C.B. Eom, M. Putti, I. Pallecchi, C. Marini, P. Dore, Eur. Phys. J. B 77(1), 25 (2010). doi:10.1140/epjb/e2010-00242-y

    Article  Google Scholar 

  82. B. Gorshunov, D. Wu, A.A. Voronkov, P. Kallina, K. Iida, S. Haindl, F. Kurth, L. Schultz, B. Holzapfel, M. Dressel, Phys. Rev. B 81, 060509 (2010). doi:10.1103/PhysRevB.81.060509

    Article  Google Scholar 

  83. T. Fischer, A.V. Pronin, J. Wosnitza, K. Iida, F. Kurth, S. Haindl, L. Schultz, B. Holzapfel, E. Schachinger, Phys. Rev. B 82, 224507 (2010). doi:10.1103/PhysRevB.82.224507

    Article  Google Scholar 

  84. J.P. Reid, M.A. Tanatar, X.G. Luo, H. Shakeripour, N. Doiron-Leyraud, N. Ni, S.L. Bud’ko, P.C. Canfield, R. Prozorov, L. Taillefer, Phys. Rev. B 82, 064501 (2010). doi:10.1103/PhysRevB.82.064501

    Google Scholar 

  85. J.H. Chu, J.G. Analytis, K. De Greve, P.L. McMahon, Z. Islam, Y. Yamamoto, I.R. Fisher, Science 329(5993), 824 (2010). doi:10.1126/science.1190482

    Article  Google Scholar 

  86. I.R. Fisher, L. Degiorgi, Z.X. Shen, Rep. Prog. Phys. 74(12), 124506 (2011). doi:10.1088/0034-4885/74/12/124506

    Article  Google Scholar 

  87. H.H. Kuo, M.C. Shapiro, S.C. Riggs, I.R. Fisher, Phys. Rev. B 88, 085113 (2013). doi:10.1103/PhysRevB.88.085113

    Article  Google Scholar 

  88. M. Nakajima, S. Ishida, Y. Tomioka, K. Kihou, C.H. Lee, A. Iyo, T. Ito, T. Kakeshita, H. Eisaki, S. Uchida, Phys. Rev. Lett. 109, 217003 (2012). doi:10.1103/PhysRevLett. 109.217003

    Article  Google Scholar 

  89. A. Dusza, A. Lucarelli, F. Pfuner, J.H. Chu, I.R. Fisher, L. Degiorgi, Europhys. Lett. 93(3), 37002 (2011). doi:10.1209/0295-5075/93/37002

    Article  Google Scholar 

  90. H.H. Kuo, J.H. Chu, S.C. Riggs, L. Yu, P.L. McMahon, K. De Greve, Y. Yamamoto, J.G. Analytis, I.R. Fisher, Phys. Rev. B 84, 054540 (2011). doi:10.1103/PhysRevB.84.054540

    Article  Google Scholar 

  91. S.J. Moon, A.A. Schafgans, M.A. Tanatar, R. Prozorov, A. Thaler, P.C. Canfield, A.S. Sefat, D. Mandrus, D.N. Basov, Phys. Rev. Lett. 110, 097003 (2013). doi:10.1103/PhysRevLett.110.097003

    Article  Google Scholar 

  92. M. Nakajima, T. Tanaka, S. Ishida, K. Kihou, C.H. Lee, A. Iyo, T. Kakeshita, H. Eisaki, S. Uchida, Phys. Rev. B 88, 094501 (2013). doi:10.1103/PhysRevB.88.094501

    Article  Google Scholar 

  93. P.B. Littlewood, C.M. Varma, J. Appl. Phys. 69, 4979 (1991). doi:10.1063/1.348195

    Article  Google Scholar 

  94. H. Shishido, A.F. Bangura, A.I. Coldea, S. Tonegawa, K. Hashimoto, S. Kasahara, P.M.C. Rourke, H. Ikeda, T. Terashima, R. Settai, Y. Ōnuki, D. Vignolles, C. Proust, B. Vignolle, A. McCollam, Y. Matsuda, T. Shibauchi, A. Carrington, Phys. Rev. Lett. 104, 057008 (2010). doi:10.1103/PhysRevLett.104.057008

    Article  Google Scholar 

  95. S.J. Moon, A.A. Schafgans, S. Kasahara, T. Shibauchi, T. Terashima, Y. Matsuda, M.A. Tanatar, R. Prozorov, A. Thaler, P.C. Canfield, A.S. Sefat, D. Mandrus, D.N. Basov, Phys. Rev. Lett. 109, 027006 (2012). doi:10.1103/PhysRevLett.109.027006

    Article  Google Scholar 

  96. T. Shimojima, F. Sakaguchi, K. Ishizaka, Y. Ishida, T. Kiss, M. Okawa, T. Togashi, C.T. Chen, S. Watanabe, M. Arita, K. Shimada, H. Namatame, M. Taniguchi, K. Ohgushi, S. Kasahara, T. Terashima, T. Shibauchi, Y. Matsuda, A. Chainani, S. Shin, Science 332(6029), 564 (2011). doi:10.1126/science.1202150

    Article  Google Scholar 

  97. B.C. Sales, A.S. Sefat, M.A. McGuire, R.Y. Jin, D. Mandrus, Y. Mozharivskyj, Phys. Rev. B 79, 094521 (2009). doi:10.1103/PhysRevB.79.094521

    Article  Google Scholar 

  98. J. Jiang, C. He, Y. Zhang, M. Xu, Q.Q. Ge, Z.R. Ye, F. Chen, B.P. Xie, D.L. Feng, Phys. Rev. B 88, 115130 (2013). doi:10.1103/PhysRevB.88.115130

    Article  Google Scholar 

  99. G.F. Chen, Z.G. Chen, J. Dong, W.Z. Hu, G. Li, X.D. Zhang, P. Zheng, J.L. Luo, N.L. Wang, Phys. Rev. B 79, 140509(R) (2009). doi:10.1103/PhysRevB.79.140509

    Google Scholar 

  100. C.C. Homes, A. Akrap, J.S. Wen, Z.J. Xu, Z.W. Lin, Q. Li, G.D. Gu, Phys. Rev. B 81, 180508(R) (2010). doi:10.1103/PhysRevB.81.180508

    Google Scholar 

  101. H. Miao, P. Richard, Y. Tanaka, K. Nakayama, T. Qian, K. Umezawa, T. Sato, Y.M. Xu, Y.B. Shi, N. Xu, X.P. Wang, P. Zhang, H.B. Yang, Z.J. Xu, J.S. Wen, G.D. Gu, X. Dai, J.P. Hu, T. Takahashi, H. Ding, Phys. Rev. B 85, 094506 (2012). doi:10.1103/PhysRevB.85.094506

    Article  Google Scholar 

  102. S.J. Moon, C.C. Homes, A. Akrap, Z.J. Xu, J.S. Wen, Z.W. Lin, Q. Li, G.D. Gu, D.N. Basov, Phys. Rev. Lett. 106, 217001 (2011). doi:10.1103/PhysRevLett.106.217001

    Article  Google Scholar 

  103. T.L. Xia, D. Hou, S.C. Zhao, A.M. Zhang, G.F. Chen, J.L. Luo, N.L. Wang, J.H. Wei, Z.Y. Lu, Q.M. Zhang, Phys. Rev. B 79, 140510(R) (2009). doi:10.1103/PhysRevB.79.140510

    Google Scholar 

  104. V. Gnezdilov, Y. Pashkevich, P. Lemmens, A. Gusev, K. Lamonova, T. Shevtsova, I. Vitebskiy, O. Afanasiev, S. Gnatchenko, V. Tsurkan, J. Deisenhofer, A. Loidl, Phys. Rev. B 83, 245127 (2011). doi:10.1103/PhysRevB.83.245127

    Article  Google Scholar 

  105. J. Guo, S. Jin, G. Wang, S. Wang, K. Zhu, T. Zhou, M. He, X. Chen, Phys. Rev. B 82, 180520(R) (2010). doi:10.1103/PhysRevB.82.180520

    Google Scholar 

  106. M.H. Fang, H.D. Wang, C.H. Dong, Z.J. Li, C.M. Feng, J. Chen, H.Q. Yuan, Europhys. Lett. 94(2), 27009 (2011). doi:10.1209/0295-5075/94/27009

    Article  Google Scholar 

  107. H.-D. Wang, C.-H. Dong, Z.-J. Li, Q.-H. Mao, S.-S. Zhu, C.-M. Feng, H.Q. Yuan, M.-H. Fang, Europhys. Lett. 93(4), 47004 (2011). doi:10.1209/0295-5075/93/47004

    Article  Google Scholar 

  108. H. Lei, C. Petrovic, Phys. Rev. B 83, 184504 (2011). doi:10.1103/PhysRevB.83.184504

    Article  Google Scholar 

  109. W. Li, H. Ding, P. Deng, K. Chang, C. Song, K. He, L. Wang, X. Ma, J.P. Hu, X.C.Q.K. Xue, Nat. Phys. 8, 126 (2012). doi:10.1038/nphys2155

    Article  Google Scholar 

  110. R.H. Yuan, T. Dong, Y.J. Song, P. Zheng, G.F. Chen, J.P. Hu, J.Q. Li, N.L. Wang, Sci. Rep. 2, 221 (2012). doi:10.1038/srep00221

    Article  Google Scholar 

  111. A. Charnukha, J. Deisenhofer, D. Pröpper, M. Schmidt, Z. Wang, Y. Goncharov, A.N. Yaresko, V. Tsurkan, B. Keimer, A. Loidl, A.V. Boris, Phys. Rev. B 85, 100504 (2012). doi:10.1103/PhysRevB.85.100504

    Article  Google Scholar 

  112. C.C. Homes, Z.J. Xu, J.S. Wen, G.D. Gu, Phys. Rev. B 85, 180510(R) (2012). doi:10.1103/PhysRevB.85.180510

    Google Scholar 

  113. N.L. Wang, W.Z. Hu, Z.G. Chen, R.H. Yuan, G. Li, G.F. Chen, T. Xiang, J. Phys. 24(29), 294202 (2012)

    Google Scholar 

  114. D. Stroud, Phys. Rev. B 12, 3368 (1975). doi:10.1103/PhysRevB.12.3368

    Article  Google Scholar 

  115. G.L. Carr, S. Perkowitz, D.B. Tanner, Far-Infrared Properties of Inhomogeneouos Materials, vol. 13 (Academic, Orlando, 1986), pp. 171–263

    Google Scholar 

  116. D. Walker, K. Scharnberg, Phys. Rev. B 42, 2211 (1990). doi:10.1103/PhysRevB.42.2211

    Article  Google Scholar 

  117. C.C. Homes, Z.J. Xu, J.S. Wen, G.D. Gu, Phys. Rev. B 86, 144530 (2012). doi:10.1103/PhysRevB.86.144530

    Article  Google Scholar 

Download references

Acknowledgements

The author would like to acknowledge useful discussions with A. Akrap, Y.M. Dai, and S. Uchida. This work was supported by the U.S. Department of Energy, Office of Basic Energy Sciences, Division of Materials Sciences and Engineering under Contract No. DE-AC02-98CH10886.

Author information

Authors and Affiliations

Authors

Corresponding author

Correspondence to Christopher C. Homes .

Editor information

Editors and Affiliations

Appendix

Appendix

The relationship between the complex dielectric constant \(\tilde{\epsilon }=\epsilon _{1} + i\epsilon _{2}\) and the complex optical conductivity \(\tilde{\sigma }=\sigma _{1} + i\sigma _{2}\) is given by the following (SI) expression:

$$\displaystyle{ \tilde{\sigma }= i\epsilon _{0}\omega (1-\tilde{\epsilon }) }$$
(6.14)

where \(\epsilon _{0} = 8.854 \times 10^{-12}\) C2/Nm2 is the permittivity of free space. The real part of the optical conductivity is then

$$\displaystyle{ \sigma _{1} =\epsilon _{0}\,\omega \epsilon _{2}. }$$
(6.15)

However, we want the units for the conductivity to be in \(\Omega ^{-1}\) cm−1. Examining the units of \(\epsilon _{0}\), and recalling that the units of resistance are \(\Omega = \mathrm{m}^{2}\mathrm{kg}/\mathrm{s}\,\mathrm{C}^{2}\), we can write

$$\displaystyle\begin{array}{rcl} \frac{\mathrm{C}^{2}} {\mathrm{N}\,\mathrm{m}^{2}}& =& \frac{\mathrm{C}^{2}\,\mathrm{s}^{2}} {\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{3}} {}\\ & =& \left [ \frac{\mathrm{s}\,\mathrm{C}^{2}} {\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{2}}\right ] \frac{\mathrm{s}} {\mathrm{m}} {}\\ & =& \Omega ^{-1}\,\left ( \frac{\mathrm{s}} {\mathrm{m}}\right ). {}\\ \end{array}$$

To remove the remaining (s/m), we multiply \(\epsilon _{0}\) by the speed of light c (m/s), so the units are now simply in \(\Omega ^{-1}\),

$$\displaystyle\begin{array}{rcl} \epsilon _{0}c& =& (8.854 \times 10^{-12}\ \Omega ^{-1}\,\mathrm{s}/\mathrm{m})(2.997 \times 10^{8}\ \mathrm{m}/\mathrm{s}) {}\\ & =& 0.002654\ \Omega ^{-1}. {}\\ \end{array}$$

The fact that we are using an angular frequency adds a further factor of 2π, so that the final expression for the conductivity is then \(\sigma _{1}(\omega ) = (2\pi \epsilon _{0}c)\,\omega \epsilon _{2}\). When the frequency is expressed in wave numbers (cm−1), then \(\sigma _{1}(\omega ) = (2\pi \epsilon _{0}c)\,\omega \epsilon _{2}\) has units of \(\Omega ^{-1}\mathrm{cm}^{-1}\); this can now be written as \(\sigma _{1}(\omega ) = 0.016678\,\omega \epsilon _{2}\) (\(\Omega ^{-1}\) cm−1), or

$$\displaystyle{ \sigma _{1}(\omega ) = \frac{\omega \epsilon _{2}} {59.96} \simeq \frac{\omega \epsilon _{2}} {60}\ \ (\Omega ^{-1}\mathrm{cm}^{-1}). }$$
(6.16)

As previously mentioned, ω is in cm−1. This is the origin of the mysterious “1/60” term; it arises solely from a discussion of the units of the conductivity.

Rights and permissions

Reprints and permissions

Copyright information

© 2015 Springer International Publishing Switzerland

About this chapter

Cite this chapter

Homes, C.C. (2015). Optical and Transport Properties. In: Johnson, P., Xu, G., Yin, WG. (eds) Iron-Based Superconductivity. Springer Series in Materials Science, vol 211. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-319-11254-1_6

Download citation

Publish with us

Policies and ethics