We argue that the newly discovered superconductivity in a nearly magnetic, Fe-based layered compound is unconventional and mediated by antiferromagnetic spin fluctuations, though different from the usual superexchange and specific to this compound. This resulting state is an example of extended s-wave pairing with a sign reversal of the order parameter between different Fermi surface sheets. The main role of doping in this scenario is to lower the density of states and suppress the pair-breaking ferromagnetic fluctuations.

Boron in MgB2 forms stacks of honeycomb layers with magnesium as a space filler. Band structure calculations indicate that Mg is substantially ionized, and the bands at the Fermi level derive mainly from B orbitals. Strong bonding with an ionic component and considerable metallic density of states yield a sizable electron-phonon coupling. Together with high phonon frequencies, which we estimate via zone-center frozen phonon calculations to be between 300 and 700 cm(-1), this produces a high critical temperature, consistent with recent experiments. Thus MgB2 can be viewed as an analog of the long sought, but still hypothetical, superconducting metallic hydrogen.

The recently discovered Fe-pnictide and chalcogenide superconductors display low-temperature properties suggesting superconducting gap structures which appear to vary substantially from family to family, and even within families as a function of doping or pressure. We propose that this apparent nonuniversality can actually be understood by considering the predictions of spin fluctuation theory and accounting for the peculiar electronic structure of these systems, coupled with the likely 'sign-changing s-wave' (s\pm) symmetry. We review theoretical aspects, materials properties and experimental evidence relevant to this suggestion, and discuss which further measurements would be useful to settle these issues.

Density-functional calculations of the phonon spectrum and electron-phonon coupling in MgB$_2$ are presented. The $E_{2g}$ phonons, which involve in-plane B displacements, couple strongly to the $p_{x,y}$ electronic bands. The isotropic electron-phonon coupling constant is calculated to be about 0.8. Allowing for different order parameters in different bands, the superconducting $\lambda$ in the clean limit is calculated to be significantly larger. The $E_{2g}$ phonons are strongly anharmonic, and the non-linear contribution to the coupling between the $E_{2g}$ modes and the p$_{x,y}$ bands is significant.

The concept of a charge density wave (CDW), which is induced by Fermi-surface nesting, originated from the Peierls idea of electronic instabilities in purely one-dimensional metals and is now often applied to charge ordering in real low-dimensional materials. The idea is that if Fermi surface contours coincide when shifted along the observed CDW wave vector, then the CDW is considered to be nesting derived. We show that, in most cases, this procedure has no predictive power, since Fermi surfaces either do not nest at the right wave vector or nest more strongly at the wrong vector. We argue that only a tiny fraction, if any, of the observed charge ordering phase transitions are true analogs of the Peierls instability because electronic instabilities are easily destroyed by even small deviations from perfect nesting conditions. By using prototypical CDW materials ${\text{NbSe}}_{2}$, ${\text{TaSe}}_{2}$, and ${\text{CeTe}}_{3}$, we show that such conditions are hardly ever fulfilled and that the CDW phases are actually structural phase transitions driven by the concerted action of electronic and ionic subsystems, i.e., a $\mathbf{q}$-dependent electron-phonon coupling plays an indispensable part. We also mathematically show that the original Peierls construction is so fragile that it is unlikely to apply to real materials. We argue that no meaningful distinction between a CDW and an incommensurate lattice transition exists.

We report inelastic neutron scattering measurements on Na2IrO3, a candidate for the Kitaev spin model on the honeycomb lattice. We observe spin-wave excitations below 5 meV with a dispersion that can be accounted for by including substantial further-neighbor exchanges that stabilize zigzag magnetic order. The onset of long-range magnetic order below T(N)=15.3 K is confirmed via the observation of oscillations in zero-field muon-spin rotation experiments. Combining single-crystal diffraction and density functional calculations we propose a revised crystal structure model with significant departures from the ideal 90° Ir-O-Ir bonds required for dominant Kitaev exchange.

The layered honeycomb magnet $\ensuremath{\alpha}\ensuremath{-}{\mathrm{RuCl}}_{3}$ has been proposed as a candidate to realize a Kitaev spin model with strongly frustrated, bond-dependent, anisotropic interactions between spin-orbit entangled ${j}_{\mathrm{eff}}=\frac{1}{2}\phantom{\rule{4.pt}{0ex}}{\mathrm{Ru}}^{3+}$ magnetic moments. Here, we report a detailed study of the three-dimensional crystal structure using x-ray diffraction on untwinned crystals combined with structural relaxation calculations. We consider several models for the stacking of honeycomb layers and find evidence for a parent crystal structure with a monoclinic unit cell corresponding to a stacking of layers with a unidirectional in-plane offset, with occasional in-plane sliding stacking faults, in contrast with the currently assumed trigonal three-layer stacking periodicity. We report electronic band-structure calculations for the monoclinic structure, which find support for the applicability of the ${j}_{\mathrm{eff}}=\frac{1}{2}$ picture once spin-orbit coupling and electron correlations are included. Of the three nearest-neighbor Ru-Ru bonds that comprise the honeycomb lattice, the monoclinic structure makes the bond parallel to the $b$ axis nonequivalent to the other two, and we propose that the resulting differences in the magnitude of the anisotropic exchange along these bonds could provide a natural mechanism to explain the previously reported spin gap in powder inelastic neutron scattering measurements, in contrast to spin models based on the three-fold symmetric trigonal structure, which predict a gapless spectrum within linear spin wave theory. Our susceptibility measurements on both powders and stacked crystals, as well as magnetic neutron powder diffraction, show a single magnetic transition upon cooling below ${T}_{\mathrm{N}}\ensuremath{\approx}13$ K. The analysis of our neutron powder diffraction data provides evidence for zigzag magnetic order in the honeycomb layers with an antiferromagnetic stacking between layers. Magnetization measurements on stacked single crystals in pulsed field up to 60 T show a single transition around 8 T for in-plane fields followed by a gradual, asymptotic approach to magnetization saturation, as characteristic of strongly anisotropic exchange interactions.

Different ways to define and calculate the degree of spin polarization in a ferromagnet are discussed, particularly with respect to spin-polarized tunneling and Andreev reflection at the boundary between superconductor and ferromagnet. As an example, the degree of spin polarization for different experiments in Fe and Ni is calculated in the framework of the local spin density approximation and used to illustrate the differences between various definitions of spin polarization.