在这项研究中,超导超导能隙对称性的LaO $_{0.5}$ F $_{0.5}$ BiSSe阐明通过比热测量与一个单晶的LaO $_{0.5}$ F $_{0.5}$ BiSSe。在3.95 K时观察到LaO $_{0.5}$ F $_{0.5}$ BiSSe中的明显跳跃,表明体超导性。根据比热测量,得到$ΔC_\mathrm{e}/γT_\mathrm{c}$和2 $Δ$(0)/ $k_\mathrm{B}T_\mathrm{c}$为2.31和4.5。这些值表明强的电子-声子耦合超导电性。电子比热$C_\mathrm{e}(T, H)$的温度($T$)和磁场($H$)依赖性表明超导性是完全带隙的。我们的手工系统成功地阐明了超导超导能隙对称性的BiS PDMATHAMT为基础的化合物与一个小的单晶。
英文摘要:
In this study, the superconducting gap symmetry of LaO$_{0.5}$F$_{0.5}$BiSSe is elucidated through specific heat measurements with one single crystal of LaO$_{0.5}$F$_{0.5}$BiSSe. A clear jump is observed at 3.95 K in LaO$_{0.5}$F$_{0.5}$BiSSe, suggesting bulk superconductivity. From specific heat measurements, $ΔC_\mathrm{e}/γT_\mathrm{c}$ and 2$Δ$(0)/$k_\mathrm{B}T_\mathrm{c}$ are obtained as 2.31 and 4.5. These values indicate strong electron-phonon coupling superconductivity. The temperature ($T$) and magnetic-field ($H$) dependence of the electronic specific heat $C_\mathrm{e}(T, H)$ suggests that superconductivity is fully gapped. Our handmade system successfully elucidates superconducting gap symmetry of the BiS$_2$-based compound with a small single crystal.
Electron-Phonon Superconductivity in LaO$_{0.5}$F$_{0.5}$BiSe$_{2}$
本文报道了新发现的超导体LaO $_{0.5}$ F $_{0.5}$ BiSe $_{2}$的电子结构、费米面、声子谱和电子-声子耦合的密度泛函计算。发现LaO $_{0.5}$ F $_{0.5}$ BiS $_{2}$和LaO $_{0.5}$ F $_{0.5}$ BiSe $_{2}$之间存在明显的相似性,即在($π$,$π$,0)处存在较强的费米面嵌套,导致不稳定的声子分支.结合冻结声子总能量的计算和非谐振子模型,我们发现量子涨落阻止了静态长程序的出现。计算表明,LaO $_{0.5}$ F $_{0.5}$ BiSe $_{2}$是高度各向异性的,与LaO $_{0.5}$ F $_{0.5}$ BiS $_{2}$一样,该化合物也是一种常规的电子-声子耦合感应超导体.
Crystal Structure, Lattice Vibrations, and Superconductivity of LaO$_{1-x}$F$_{x}$BiS$_{2}$
对新发现的层状超导体LaO $_{0.5}$ F $_{0.5}$ BiS $_{2}$及其非超导母体化合物LaOBiS $_{2}$的多晶样品进行了中子散射测量。研究了晶体结构和振动模式。在F掺杂时,虽然晶格沿着$c$显著收缩并且沿着$a$略微膨胀,但是BiS $_2$平面的屈曲几乎保持相同。在非弹性测量中,观察到F替代后的高能量声子模式有很大的差异。或者,低能量模式保持几乎不变的非超导和超导状态之间的F掺杂或通过冷却通过转变温度。利用密度泛函微扰理论,我们确定了声子模式,并估计了声子态密度。我们将这些计算与这种新超导材料的电流测量和其他理论研究进行了比较。
Ferro-lattice-distortions and charge fluctuations in superconducting LaO$_{1-x}$F$_{x}$BiS$_{2}$
已提出电子-声子耦合的LaO $_{1-x}$ F $_{x}$ BiS $_{2}$超导体中存在竞争的铁电和电荷密度波相。晶格的不稳定性是由不稳定的声子模引起的,声子模会破坏晶体的对称性。在使用单晶衍射的晶体结构的检查,我们发现一个超晶格图案所产生的相干面内位移的硫原子在BiS $_{2}$超导平面。扭曲变形成协调铁扭曲模式,挑战以前的对称性建议,包括可能存在不稳定的反铁扭曲模式。铁磁畸变模式保持在超导状态,但位移的幅度减小。此外,硫位移可以存在于沿c轴堆叠的多型体中。载流子可被捕获在晶格变形中,从而减少可用于配对的载流子的有效数量。
Extremely high upper critical field in BiCh$_2$-based (Ch: S and Se) layered superconductor LaO$_{0.5}$F$_{0.5}$BiS$_{2-x}$Se$_x$ ($x$ = 0.22 and 0.69)
具有局部反演对称性破缺的中心对称化合物具有非常有趣和迷人的物理性质。在这项研究中,我们专注于BiCh $_2$为基础的(Ch:S,Se)层状超导体,作为一个系统的局部反转不对称性,因为自旋极化的基础上的Rashba-Dresselhaus型自旋轨道耦合已被观察到在中心对称的BiCh $_2$为基础的LaOBiS $_2$系统,而BiCh $_2$层缺乏局部反转对称性。本文中,我们报告了在基于BiCh $_2$的系统LaO $_{0.5}$ F $_{0.5}$ BiS $_{2-x}$ Se $_x$($x$ = 0.22和0.69)中存在极高的面内上临界场。超导态在55 T以下的外加磁场中并没有被完全抑制。因此,我们认为局域反演对称破缺及其层状结构增强了面内上临界场。我们的研究将为发现具有高上临界场的超导体开辟一条新的途径。
Density-functional calculations of the electronic structure and lattice dynamics of superconducting LaO$_{0.5}$F$_{0.5}$BiS$_{2}$: Evidence for an electron-phonon interaction near the charge-density-wave instability
本文用密度泛函方法研究了新发现的超导体LaO $_{0.5}$ F $_{0.5}$ BiS $_{2}$的电子结构、晶格动力学和电子-声子相互作用.在$\mathbf{k}$ =($π$,$π$,0)处的一个强费米面嵌套表明接近电荷密度波不稳定性,并导致在这个与S原子面内位移相关的$\mathbf{k}$点处的虚谐声子。总能量分析只解决了一个浅的双势阱,防止出现静态长程有序。谐波和非谐波贡献的电子-声子耦合的评估,并给出了一个总的耦合常数$λ\simeq 0.85$提示这种材料是一个传统的超导体相反,结构相似的FeAs材料。
Anisotropic two-gap superconductivity and the absence of a Pauli paramagnetic limit in single-crystalline LaO$_{0.5}$F$_{0.5}$BiS$_2$
常压生长的$_{0.5}$-BiS-$_2$具有高度各向异性的正常态,其超导转变温度为$T_{c}\sim$ 3 K。通过一系列磁场方向在结晶$c$ -轴和$ab$ -平面之间变化的电阻率测量,我们给出了第一组显示面外上临界场$H_{c2}^{\perp}(T)$,面内上临界场$H_{c2}^{\parallel}(T)$,以及常压生长的LaO $_{0.5}$ F $_{0.5}$ BiS $_2$单晶在固定温度下$H_{c2}$的角度依赖性。超导电性的各向异性,$H_{c2}^{\parallel}/H_{c2}^{\perp}$,达到$\sim$ 16接近0 K,但它显着下降附近$T_{c}$。一个明显的向上弯曲的$H_{c2}^{\parallel}(T)$观察到$T_{c}$附近,我们分析使用两个间隙模型。此外,发现$H_{c2}^{\parallel}(0)$超过泡利顺磁极限,这可以通过考虑与Bi相关的强自旋-轨道耦合以及电子活性BiS $_2$双层的局部反转对称性的破坏来理解。因此,具有中心对称晶格结构的LaO $_{0.5}$ F $_{0.5}$ BiS $_2$是探索与体晶体中的局部宇称违反相关联的物理的独特平台。
Upper critical magnetic field of $Ln$O$_{0.5}$F$_{0.5}$BiS$_2$ ($Ln$ = La, Nd) superconductors at ambient and high pressure
通过电阻率测量,研究了$Ln$ O $_{0.5}$ F $_{0.5}$ BiS $_{2}$($Ln$ = La,Nd)多晶样品在常压(四斜晶系结构)和高压(HP)(单斜晶系结构)下的上临界场$H_{c2}$.所有样品的$H_{c2}$($T$)曲线在低于$T_c$的温度下显示出不典型的向上凹的曲率,这不能用传统的单带Werthamer-Helfand-Hohenberg理论来描述。对于LaO $_{0.5}$ F $_{0.5}$ BiS $_{2}$样品,随着温度的降低,从超导转变开始估算的上临界场$H_{onset}$在4.9 ~ 5.8 T之间缓慢增加,而$H_{onset}$($T$)的斜率在4.9 T以下和5.8 T以上。这种反常行为揭示了在高压下测量的LaO $_{0.5}$ F $_{0.5}$ BiS $_{2}$样品和在高压下合成的样品之间的超导性的显著相似性,尽管两种样品的晶体结构被报道为不同的。实验结果支持了这样一种观点:对于BiSPDMATHABMT基超导体来说,局部原子环境比结构相变对$T_c$的增强更重要,局部原子环境可以通过施加外压来调节,并且可以通过高温高压退火淬灭到环境压力。另一方面,这种异常行为是非常微妙的情况下,NdO $_{0.5}$ F $_{0.5}$ BiS $_{2}$在HP下,这表明在$ab$ -平面的上临界场的各向异性和可能…
Proximity to Fermi-surface topological change in superconducting LaO0.54F0.46BiS2
用角分辨光电子能谱(ARPES)研究了近最佳掺杂的新型超导体LaO $_{1-x}$ F $_x$ BiS $_2$(${\it x}$ = 0.46)的电子结构.我们清楚地观察到从2到6 eV的结合能和费米能级(${\it E}_{\rm F}$)附近的能带色散,这是很好地再现了第一性原理计算时,考虑到自旋轨道耦合。在${\it E}_{\rm F}$附近的ARPES强度图显示了在$Γ$(Z)点周围的类正方形分布以及在X(R)点周围的类电子费米面(FS)片,表明LaO $_{0.54}$ F $_{0.46}$ BiS $_2$的FS与理论预测的拓扑变化非常接近。
Minimum model and its theoretical analysis for superconducting materials with BiS$_2$ layers
我们对新发现的超导体LaO $_{1-x}$ F $_x$ BiS $_2$进行了第一性原理能带计算,研究了其晶格结构和价带导带隙与氟掺杂的关系.我们发现,La和S之间的距离以及氟掺杂显着影响的带隙。另一方面,BiS $_2$层的四轨道模型表明晶格结构不影响这部分能带。尽管如此,在轻电子掺杂的情况下,带隙可以影响载流子浓度,这反过来又会影响传输特性。
In-plane Charge Fluctuations in Bismuth Sulfide Superconductors
本文给出了超导LaO $_{1-x}$ F $_{x}$ BiS $_{2}$畸变晶格中Bi离子的局部电荷涨落的证据。硫原子的面内短程畸变高达0.3 μ m,破坏了位置对称性,并在Bi周围产生了两种不同的环境。顶端硫的平面外运动使其更接近La-O/F掺杂层,同时增加$x$,这可能导致掺杂层和超导BiS $_{2}$平面之间的电荷转移管道。超导电性的机制可能来自于电荷密度波动和理论上提出的增强的自旋-轨道耦合之间的相互作用,该耦合引起自旋极化。
Strong bilayer coupling induced by the symmetry breaking in the monoclinic phase of BiS$_2$-based superconductors
我们对LaO $_{0.5}$ F $_{0.5}$ BiS $_2$的四斜晶系和单斜晶系结构进行了第一性原理能带结构计算。我们发现,Bi $6p_{x,y}$带的两个BiS $_2$层表现出相当大的分裂在X =($π$,0,0)和其他几个\textbf{k}-点的单斜结构。我们发现,这一功能源于间铋$_2$层耦合强烈增强的晶体结构的对称性破缺。费米面也显示出大的分裂,并且在单斜结构中相对于$k_x$和$k_y$方向变得各向异性,而相对于$k_z$方向保持几乎平坦。
Weak phonon-mediated pairing in BiS$_2$ superconductor from first principles
新型铋硫超导体中的超导性吸引了大量的实验和理论研究工作,但这些材料中超导性的性质尚未达成共识。利用超导体的密度泛函理论,研究了LaO $_{0.5}$ F $_{0.5}$ BiS $_2$的电子-声子配对机制.我们首先确认存在一个相称的电荷密度波的不稳定性,根据以前的研究。使用最近开发的集成方案的电子-声子耦合,我们发现,它的强度比以前计算的低得多,由于改进的状态密度计算。我们最后得出结论,传统的声子介导的配对不能解释在这种材料中观察到的高超导转变温度。
Enhancement of Superconductivity in La$_{1-x}$Sm$_{x}$O$_{0.5}$F$_{0.5}$BiS$_2$
通过电阻率、磁化率和比热测量研究了$_{1-x}$ $_{x}$ O $_{0.5}$ F $_{0.5}$ BiS $_{2}$(0.1 $\leqslant$ $x$ $\leqslant$ 0.9)的超导和正常态性质。通过使用合适的合成条件,Sm在CeOBiSPDMATHABMP型LaO $_{0.5}$ F $_{0.5}$ BiSPDMATHABMP晶格中表现出相当大的溶解度.除了超导体积分数的相当大的增强,它被发现,超导转变温度$T_{c}$是显着增强与Sm浓度增加到5.4 K在$x$ = 0.8。这些结果表明,SmO $_{0.5}$ F $_{0.5}$ BiS $_{2}$的$T_{c}$可以高达$\sim$ 6.2 K,并且如果可以合成这些化合物,则在$Ln$ O $_{0.5}$ F $_{0.5}$ BiS $_{2}$($Ln$ = Eu-Tm)中也可以获得非常高的$T_{c}$值。
Effect of yttrium substitution on the superconducting properties of the system La$_{1-\textit{x}}$Y$_{\textit{x}}$O$_{0.5}$F$_{0.5}$BiS$_{2}$
本文研究了钇替代对La $_{1-\textit{x}}$ Y $_{\textit{x}}$ O $_{0.5}$ F $_{0.5}$ BiS $_{2}$体系超导电性的影响。标称Y浓度高达40%的多晶样品的合成,并通过电阻率,磁化率和比热测量的特点。Y取代降低了晶格参数\textit{a}和晶胞体积\textit{V},并观察到晶格参数\textit{c}、La-O-La键角和超导临界温度$T_c$之间的相关性。由Y取代La引起的化学压力既不产生高- $T_c$超导相,也不产生在LaO $_{0.5}$ F $_{0.5}$ BiS $_{2}$中观察到的结构相变。
Evidence for spin-triplet odd-parity superconductivity close to type-II van Hove singularities
自BCS超导体发现以来,寻找非常规库珀配对态一直是超导研究的核心。特别是,自旋三重态奇宇称配对状态最近被重新审视,因为它有可能被调谐到拓扑超导体。在这种情况下,有趣的是注意到最近的建议,这种自旋三重态配对不稳定性发生时,带填充是范霍夫奇点(vHS)附近的动量远离时间反演不变动量命名为II型vHS。然而,这一结果是在弱耦合重整化群和费米面片近似下得到的。为了探索弱耦合费米面片近似下的超导不稳定性,我们采用三种不同的方法对二维正方晶格中的哈伯德模型进行了系统的研究:随机相位近似、大尺度动力学平均场论模拟和大尺度动力学团簇模拟.我们发现,在一个广泛的掺杂范围内,围绕II型范霍夫填充,一个两重简并,自旋三重态,奇宇称$p$波配对状态出现由于排斥相互作用,当费米面没有充分嵌套。我们的研究结果可能与最近发现的超导体LaO $_{1-x}$ F $_{x}$ BiS $_{2}$,Ir $_{1-x}$ Pt $_{x}$ Te $_{2}$和建议的掺杂BC $_{3}$的相关性也进行了讨论。