准二维$\alpha$-FeSi$_2$中受保护的 Fe 价态

我们报告了对二硅化铁高温相（$\alpha$相）的首次综合研究。在表征良好的单晶上进行了磁化率、磁化强度、热容和电阻率的测量。$\alpha$-FeSi$_2$具有名义上的铁$d^6$电子组态和强烈类似于 LiFeAs 的准二维晶体结构，是非常规超导体的潜在候选者。与 LiFeAs 类似，$\alpha$-FeSi$_2$不发展任何磁有序，我们确认其在低至最低温度（$T$=1.8 K）下仍保持金属态。然而，我们的实验表明，$\alpha$-FeSi$_2$中的顺磁性和电子关联效应远弱于 pnictides。能带理论计算得出的电子比热 Sommerfeld 系数$\gamma=C_e/T$很小，与实验结果非常吻合。此外，现实的多体计算进一步证实，$\alpha$-FeSi$_{2}$中的准粒子质量增强仅是适度的。值得注意的是，我们发现铁亚晶格中形成空位的自然倾向对铁价态和费米能级处的态密度几乎没有影响。此外，Mn 掺杂并未显著改变 Fe 离子的电子态。这表明铁价态免受空穴掺杂的影响，事实上，用 Co 取代 Fe 会导致电子性质出现类似刚性带响应。与 pnictides 的一个关键区别在于，我们识别出较小的层间铁间距，这导致$\alpha$-FeSi$_2$中费米能级附近的活性轨道具有不同的对称性。这种轨道特征的变化可能是该系统缺乏超导性的原因，从而对基于铁的 pnictides 和硫属化物中的配对理论提供了约束。