Theoretical study of novel superconducting phenomena in magnetic fields induced by strong-coupling and multi-band effects

强耦合和多带效应引起的磁场中新型超导现象的理论研究

基本信息

批准号：
17J03883
负责人：
足立景亮
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

強結合超伝導体の候補として注目されているFeSeでは、磁場中の熱力学的性質に特徴的なふるまいが観測されており、理論的考察が求められている。本年度は、前年度に考察した強結合超伝導体における低次元性の効果を、より詳しく調べた。また、強結合超伝導体における磁場温度相図を理論的に調べた。得られた成果は、以下のようにまとめられる。（１）前年度の研究で理論的に提案した、次元性の低下が引き起こす弱結合超伝導から強結合超伝導への変化（BCS-BECクロスオーバー）が、より改良された近似であるT行列近似の下でも生じることを示した。具体的には、格子上で引力相互作用する電子系のモデル（引力Hubbardモデル）を解析することで、次元性低下に伴ってペア形成温度とペア凝縮温度が分離していくことや、電子状態密度に擬ギャップが生じうることをGreen関数法に基づいて明らかにし、実験的には超格子構造や一軸性圧力を利用することで次元性誘起のBCS-BECクロスオーバーが実現できる可能性を提案した。（２）磁場中の超伝導状態相図が、強結合性によってどう変化しうるのかを調べるため、電子系のモデルから超伝導状態を記述するモデル（Ginzburg-Landauモデル）を導出した。このモデルにおいて超伝導ゆらぎを考慮することで、強結合域では特徴的な磁場スケール（ペア形成磁場、渦液体形成磁場、渦格子形成磁場）の分離が生じ、温度の降下とともに正常金属状態、非凝縮対状態、渦液体状態へとクロスオーバーし、最終的に渦格子状態への一次相転移が生じうることを明らかにした。また、相図の電子密度依存性を同じモデルに基づいて調べ、高密度になるほど渦液体領域が広がることを見出した。さらに、FeSeの実験結果と我々の計算結果を比較し、FeSeの磁場中相図は強結合性だけでは説明できないことを指摘した。

FeSe 作为强耦合超导体的候选材料而受到关注，据观察，FeSe 在磁场中的热力学性质表现出特征行为，这需要理论考虑。今年，我们更详细地研究了强耦合超导体中低维的影响，这是我们在前一年考虑的。我们还从理论上研究了强耦合超导体中的磁场温度相图。所得结果可总结如下。（1）T矩阵是降维引起的从弱耦合超导到强耦合超导的变化（BCS-BEC交叉）的改进近似，在前一年的研究中从理论上提出了这一点。即使在近似值下也会发生这种情况。具体来说，通过分析在晶格上相互作用的电子系统模型（吸引力哈伯德模型），我们发现随着维数的降低，电子对形成温度和电子对凝结温度分离，并且基于格林的电子状态我们澄清了函数方法证明了密度中会出现赝能隙，并通过实验提出了利用超晶格结构和单轴压力实现维数引起的BCS-BEC交叉的可能性。 (2)为了研究磁场中超导态相图如何因强耦合而发生变化，我们从电子系统模型中推导出了描述超导态的模型(Ginzburg-Landau模型)。该模型考虑超导涨落，在强耦合区发生特征磁场尺度（成对磁场、涡流液体形成磁场、涡旋晶格形成磁场）的分离，并且随着温度降低，法向磁场尺度发生分离。结果表明，可以发生从凝聚对态到涡旋液态，最后到涡旋晶格态的一级相变。我们还基于同一模型研究了相图对电子密度的依赖性，发现涡流液体区域随着密度的增加而扩大。此外，通过将FeSe的实验结果与我们的计算结果进行比较，我们指出FeSe磁场中的相图不能仅用强耦合来解释。