本文研究了电子处于基态时的手征超导电性。基于向列型手征超导体的两分量Ginzburg-Landau模型,研究了$c$轴向磁场中的涡旋态.结果表明,在超导体中,向列性和手征性的非平凡合作稳定了各种涡旋晶格结构。特别地,当平方各向异性参数$ν$为正(负)且沿[110]轴([100]轴)诱导向列性时,发生涡旋晶格结构转变。本文讨论了URu $_2$ Si $_2$,Sr $_2$ RuO $_4$和UPt $_3$中的向列-手征超导电性。本文提出了一个检验超导电性的实验方法。
英文摘要:
We investigate chiral superconductivity which occurs in the electronic nematic state. A vortex state in a $c$-axis magnetic field is studied on the basis of the two-component Ginzburg-Landau model for nematic-chiral superconductors. It is shown that various vortex lattice structures are stabilized by nontrivial cooperation of nematicity and chirality in superconductors. In particular, the vortex lattice structural transition occurs when a square anisotropy parameter $ν$ is positive (negative) and the nematicity is induced along the [110] axis ([100] axis). We discuss nematic-chiral superconductivity in URu$_2$Si$_2$, Sr$_2$RuO$_4$, and UPt$_3$. An experimental test for the examination of nematic order and chiral superconductivity is proposed.
Nematicity and superconductivity: Competition versus cooperation
铁基超导体中的电子超导行为已经被识别和研究了一段时间,特别是在众所周知的BaFe $_2$ As $_2$系统中,其中众所周知的是与超导性竞争。另一方面,最近的研究表明,在超导转变附近,FeSe的向列性对超导性的影响可以忽略不计,而当系统中掺杂S时,两个阶数之间的实际协同作用可以忽略不计。最近也有人提出,LiFeAs在超导状态本身也经历了一个超导转变。一般来说,我们认为当超导与超有序共存时,超导是各向异性的,但不清楚这两种有序在什么情况下竞争或合作,也不清楚超导态的各向异性如何与超有序态的各向异性相关。为了解决这个问题,我们研究了一个简单的平均场模型的$d$波Pomeranchuk不稳定性与混合$s,d$配对相互作用,并确定当向列性增强或抑制超导性。结果表明,竞争或合作的显着依赖于费米面的扭曲,由于相对于超导能隙函数的各向异性向列性。此外,我们讨论了FeSe和LiFeAs的结果的影响。
Sixfold enhancement of superconductivity in a tunable electronic nematic system
其中电子自由度降低晶体旋转对称性的电子超导相是许多高温超导体中的常见图案。然而,理解向列性和磁涨落在库珀配对中的作用和影响往往因其他有序的共存而变得复杂,特别是长程磁有序。在这里,我们报告的增强的超导电性在一个模型的电子超导系统的磁性缺失,并表明,增强直接出生的强烈的超导波动所发出的调谐量子相变。我们使用的Ba $_{1-x}$ Sr $_{x}$ Ni $_2$作为$_2$取代系列的弹性电阻测量表明,锶取代促进电子驱动的$B_{1g}$在这个系统中的顺序,并且该顺序的完全抑制到绝对零度温度引起了显着增强的配对强度,证明了六倍增加的超导转变温度。在这个模型系统中,增强配对和电子涨落之间的直接关系,以及与单向电荷密度波序的相互作用,可与铜酸盐中发现的相媲美,提供了一种手段来阐明向列性在提高超导性中的作用。
Nematic and chiral superconductivity induced by odd-parity fluctuations
最近的实验表明,Cu、Nb或Sr插入Bi $_2$ Se $_3$中,超导性是由旋转对称性破缺引起的。基于这一观察,我们提出了一个模型研究奇宇称涨落引起的手征和手征超导性。研究表明,$D_{3d}$晶体点群的二分量$E_u$表象中的奇宇称涨落在偶宇称$s$波和奇宇称$E_u$配对通道中都能产生吸引相互作用,而在其他奇宇称配对通道中则能产生排斥相互作用.库仑排斥可以相对于$E_u$配对抑制$s$-波配对,因此后者可以具有更高的临界温度. $E_u$配对有两个不同的阶段:手性阶段和手性阶段,这两个阶段都可以在我们的模型中实现。当$s$波和$E_u$对具有相似的不稳定温度时,我们发现了一个中间相,在这个中间相中两种类型的对共存。
Strain-driven nematicity of the odd-parity superconductivity in Sr$_x$Bi$_2$Se$_3$
我们提出了一个新的实验证据,在掺杂的拓扑绝缘体Sr $_x$ Bi $_2$ Se $_3$的高质量单晶奇宇称超导性。X射线衍射分析表明,生长的单晶体在基面内沿晶轴之一有弱的拉伸或单轴压缩。我们表明,在超导状态下,上临界磁场$H_{c2}$具有双重旋转对称性,并取决于应变的符号:在拉伸的样品中,最大的$H_{c2}$时,实现面内磁场是横向于应变轴,而在压缩的样品中观察到这个最大值时,该字段是沿应变方向。这一结果自然解释的奇宇称超导耦合到应变的框架内。正常状态下的磁电阻与电流方向无关,并且具有双重旋转对称性,这证明了正常状态下电子系统的向列性。
最近报道了掺杂拓扑绝缘体$M_x$ Bi $_2$ Se $_3$($M$ =Cu,Sr,Nb)中具有自发破缺旋转对称性的向列超导性。在这里,我们表明,这些化合物的电磁(EM)响应提供了一个光谱的玻色子激发,反映了配对通道和破坏对称性的基态。利用准经典Keldysh理论,我们发现了超导体中两个特征玻色子模:向列性模和手征Higgs模。前者对应于与破缺晶体对称性相关的有序序参量的振动,而后者代表手性库珀对的激发。手征希格斯模式在临界掺杂时软化,这表明在新的手征基态中,具有破缺的时间反转和镜像对称性的手征希格斯态的动力学不稳定性。玻色子谱的演化直接由EM功率吸收谱捕获。我们还讨论了玻色子光谱从次主导配对通道的EM响应的贡献。
Nematic-fluctuation-mediated superconductivity in CuxTiSe2
Renmin University of China(中国人民大学);Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research(高压科学和技术先进研究中心);Anhui University(安徽大学);Beijing University of Posts and Telecommunications(北京邮电大学)
研究发现Cu x TiSe 2中易位波动与超导性之间的相互作用,揭示易位相变对超导性增强的作用机制。
Orbital superconductivity, defects and pinned nematic fluctuations in the doped iron chalcogenide FeSe$_{0.45}$Te$_{0.55}$
我们表明,差分电导,$dI/dV$,通过光谱成像扫描隧道显微镜测量的掺杂铁硫属化物FeSe $_{0.45}$ Te $_{0.55}$,具有一系列的特征,允许一个提取的超导间隙的轨道结构。这在两个类空穴费米面上产生了近各向同性的超导带隙,而在类电子费米面上产生了强各向异性的带隙。此外,我们表明,钉扎由缺陷的涨落可以引起一个哑铃状的空间结构的诱导杂质束缚态,并解释了相关的$C_2$ -对称性的傅立叶变换微分电导。
Identification of nematic superconductivity from the upper critical field
最近的核磁共振和比热测量同时提供了掺杂拓扑绝缘体Cu $_x$ Bi $_2$ Se $_3$超导态旋转对称性自发破缺的证据。这表明配对对称性对应于$D_{3d}$晶体点群的二维表示,并且Cu $_x$ Bi $_2$ Se $_3$是超导体。本文在Ginzburg-Landau(GL)理论框架下对超导体的上临界场$H_{c2}$进行了全面的研究。与典型的GL理论相反,GL理论具有涌现的U(1)旋转对称性,掩盖了晶体的离散对称性,三角晶体中的双组分超导体理论反映了真正的$D_{3d}$晶体对称性。这对上临界场有直接的影响。首先,三角超导体的$H_{c2}$在基面上表现出六重各向异性。第二,当两个分量的简并度被提升时,例如,在单轴应变下,$H_{c2}$表现出具有特征角度和温度依赖性的双重各向异性。我们的深入研究表明,上临界场的测量是一种直接检测超导性的方法,它直接适用于最近发现的三角超导体Cu $_x$ Bi $_2$ Se $_3$,Sr $_x$ Bi $_2$ Se $_3$,Nb $_x$ Bi $_2$ Se $_3$,和Tl $_x$ Bi $_2$ Se $_3$。
Nematicity in the pseudogap state of cuprate superconductors revealed by angle-resolved photoemission spectroscopy
赝能隙的性质及其与超导电性的关系是铜氧化物超导体的核心问题之一。最近,一种可能的情况已经提出,赝能隙状态是一个独特的阶段,其特征在于自发的旋转对称性破缺称为“向列性”的基础上的运输和磁化率测量,其中的对称性破缺被观察到低于赝能隙温度$T^*$。在这里,我们报告了一个温度依赖的ARPES研究的向列性在轻微过掺杂的Bi ${}_{1.7}$ Pb ${}_{0.5}$ Sr ${}_{1.9}$ CaCu ${}_2$ O ${}_{8+δ}$沿Cu-O键方向施加的单轴应变触发。虽然向列性增强的赝隙状态,在以前的研究中,它被抑制在超导状态。这些结果表明赝能隙态具有自发旋转对称破缺的特征,向列性可能与超导性竞争。这些新的实验发现可能为赝能隙的性质及其与超导电性的关系提供线索。
Nematic fluctuations mediated superconductivity revealed by anisotropic strain in Ba(Fe$_{1-x}$Co$_x$)$_2$As$_2$
各向异性应变是一种能够选择性地解决超导涨落在促进超导性中的作用的外部场。我们证明了这一点,使用偏振分辨的弹性拉曼散射探测下的正常和超导状态的典型的铁基超导体Ba(Fe $_{1-x}$ Co $_x$)$_2$ As $_2$的应变下的电子涨落的演变。在非超导的母体化合物BaFe $_2$ As $_2$中,我们观察到了应变引起的超导磁化率的抑制,它遵循了对称破缺场下伊辛序参量的预期行为。对于超导化合物,超导磁化率的抑制与超导临界温度$T_c$的降低有关。我们的研究结果表明,一个显着的贡献,电子配对和增强$T_c$附近的一个量子临界点的理论方案验证的涨落。
Competition between superconductivity and magnetic/nematic order as a source of anisotropic superconducting gap in underdoped Ba$_{1-x}$K$_{x}$Fe$_{2}$As$_{2}$
使用隧道二极管谐振器技术在Ba $_{1-x}$ K $_{x}$ Fe $_{2}$ As $_{2}$的单晶中测量了面内伦敦穿透深度$Δλ(T)$,掺杂水平$x$的范围从严重欠掺杂$x$ =0.16($T_{c}$ =7~K)到接近最佳掺杂$x$ = 0.34($T_{c}=$ 39 K)。指数饱和的$Δλ(T)$中的$T\to0$极限被发现在最佳掺杂的样品中,与超流密度$ρ_{s}(T)\equiv(λ(0)/λ(T))^{2}$定量描述的自洽的$γ$ -模型与两个无节点的各向同性的超导间隙。随着掺杂水平在$x$ =0.16处朝向超导圆顶的极端降低,$Δλ(T)$的低温行为变得非指数并且最好由幂律$Δλ(T)\propto T^{2}$描述,这是强各向异性间隙的特征。这两个制度之间的变化发生在共存的磁/磁有序和超导性,$x<0.25$的范围内,并伴随着一个快速上升的绝对值$Δλ(T)$与欠掺杂。这种效应是超导性和其他有序态之间竞争的特征,与电子掺杂的Ba(Fe $_{1-x}$ Co $_{x}$)$_{2}$ As $_{2}$化合物中观察到的效应非常相似,但幅度明显较小。我们的研究表明,空穴掺杂的化合物中的超导性和磁/磁有序之间的竞争比电子掺杂的化合物中的弱,并且欠掺杂的铁磷属元素化物中的超导态的各向异性是由磁和磁长程有序促进的配对相互作用和能隙函数的各向异性变化的结果。
Simultaneous emergence of superconductivity, inter-pocket scattering and nematic fluctuation in potassium-coated FeSe superconductor
超导性起源于电子配对。因此,费米面上的配对沟道和配对胶是理解超导体的两个关键问题。最近,在电子掺杂的FeSe超导体中发现了超过40 K的高温超导性,包括K $_x$ Fe $_{2-y}$ Se $_2$、Li $_{0.8}$ Fe $_{0.2}$ OHFeSe和单层FeSe薄膜。然而,它们的配对机制仍然存在争议。本文研究了包钾FeSe单晶电子结构的系统演化。通过在样品表面上原位蒸发钾来精确控制掺杂水平。我们发现当费米面的Lifshitz跃迁使两个电子袋之间的袋间散射打开时,超导性就出现了。在相同的掺杂浓度下,电子有序度显著降低,在较宽的掺杂范围内,电子有序度仍有较大的涨落。我们的研究结果表明,在电子掺杂的FeSe超导体的超导电性,袋间散射,和涨落之间的潜在的相关性。
Pauli paramagnetism of triplet Cooper pairs in a nematic superconductor
研究了具有自旋三重态超导性的掺杂拓扑绝缘体Bi $_2$ Se $_3$对外磁化强度的响应.本文用Ginzburg-Landau方法计算了T $_c$附近的手征超导相和非手征超导相的磁化率塞曼部分。从$E_u$表示的超导序参量具有与横向塞曼场的非平凡耦合,其导致对磁化的顺磁响应。费米面的拓扑结构对磁化率有很大的影响。从封闭费米面到开放费米面的Lifshitz转变最终导致从手性相到手性相的相变。在转变点,磁化率发散。此外,我们还研究了电子-电子相互作用对手性相和非手性相竞争的影响。我们发现,在实际系统中,电子-电子相互作用只能在相变附近驱动手性相。我们比较我们的结果与现有的实验数据。
Discovery of parity-violating chiral polar-nematic charge density wave and superconductivity in kagome metals
Beijing National Center for Condensed Matter Physics and Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences(中国科学院物理研究所);School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学物理科学学院);Hefei National Laboratory(合肥国家实验室);Department of Physics, Boston College(波士顿学院物理系);Department of Applied Physics, The Hong Kong Polytechnic University(香港理工大学应用物理系);Department of Chemistry, National University of Singapore(新加坡国立大学化学系)
Odd-parity superconductors with two-component order parameters: nematic and chiral, full gap and Majorana node
最近的实验表明,掺杂拓扑绝缘体Cu $_x$ Bi $_2$ Se $_3$中的超导性具有奇宇称对对称性和旋转对称性破缺,基于这一实验,我们研究了三角晶系和六方晶系中具有双组分序参量的奇宇称超导体.在强自旋-轨道相互作用的存在下,我们发现了两个可能的超导相低于$T_c$,一个时间反演破缺(即,手性)相和各向异性(即,相位,并从动量空间中的能隙函数确定它们的相对能量。手征超导体通常具有完整的准粒子带隙,而具有三维(3D)费米表面的手征超导体具有提升自旋简并的点节点,导致体块中的巡回马约拉纳费米子和表面上的拓扑马约拉纳弧。