[論文レビュー] Interaction Effects on Quasiparticle Localization in Dirty Superconductors

M. S. Jeng, Arne Ludwig+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 4, 2001

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、時間反転対称性が破れた汚れきった超伝導体における準粒子局在化を、レノルミズーション群アプローチを用いて相互作用効果に注目して調査する。2次元のクラスD超伝導体—スピン回転対称性および時間反転対称性の両方を欠く—において、準粒子相互作用は無関係であることが示され、不純物および相互作用が存在しても金属的相が安定化されることを示している。

ABSTRACT

We study how quasiparticle interactions affect their localization properties in dirty superconductors with broken time reversal symmetry -- for example in a magnetic field. For SU(2) spin-rotation invariant (class C) systems, the only important coupling is the spin-spin triplet interaction, which we study within a renormalization group approach. Either an additional Zeeman coupling or a complete breaking of spin rotation symmetry renders all interactions irrelevant. These two situations realize, respectively, the non-interacting unitary Anderson and the ``thermal'' (class D) universality class. Our results imply a stable metallic phase in 2D for class D. Experimental implications are discussed.

研究の動機と目的

• 時間反転対称性が破れた汚れきった超伝導体における準粒子相互作用が局在化に与える影響を理解すること。
• 不純物を含む超伝導体における熱的金属-絶縁体転移の普遍性クラスが、相互作用効果によって変化するかどうかを特定すること。
• 相互作用が無関係となる物理的条件を同定し、局在化転移の明確な観察を可能にすること。
• 不純物および相互作用の両方が作用する2次元超伝導体における金属的相の安定性を評価すること。
• レノルミズーション群フレームワークにおいてスピン三重項相互作用およびゼーマン結合が、相互作用の重要性を決定する役割を明確化すること。

提案手法

• 時間反転対称性が破れた汚れきった超伝導体における準粒子局在化の安定性を分析するために、レノルミズーション群（R.G.）アプローチを適用する。
• SU(2)スピン回転対称性を保つ（クラスC）状況に注目し、主な相互作用がスピン-スピン三重項であるとし、1ループR.G.方程式を用いてその重要性を評価する。
• 完全なスピン回転対称性の破れ（クラスD）の状況を分析し、拡散モード行列にスピン添字が存在しないため、Finkelstein型の相互作用項がすべて消えることを示す。
• レプリカトリックおよび非線形σ模型形式を用いて、不純物および相互作用が存在する状況における準粒子輸送の有効場理論を導出する。
• 1ループでの導電率結果を用い、スピンおよび熱伝導度補正を評価し、パrameter $U_{tz}$ を通じて相互作用効果を組み込む。
• R.G.フローを用いて再正則化可能性および長距離相互作用の生成可能性を評価し、短距離相互作用がこのような項を生成しないことを結論づける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 時間反転対称性が破れた2次元の汚れきった超伝導体における準粒子相互作用は、熱的金属-絶縁体転移に対して重要か？
• RQ2 スピン三重項相互作用の存在は、クラスC超伝導体における局在化特性にどのように影響するか？
• RQ3 ゼーマン結合およびスピン軌道散乱は、転移の普遍性クラスを決定する上で果たす役割は何か？
• RQ4 不純物および相互作用が共に存在する2次元において、金属的相が生存可能か？
• RQ5 これらの系において、レノルミズーション群フロー下で短距離準粒子相互作用が長距離項を生成するか？

主な発見

• スピン回転対称性および時間反転対称性の両方を欠く2次元クラスD超伝導体では、準粒子相互作用は無関係であり、金属的相が安定化される。
• スピン回転対称性の欠如により、すべてのFinkelstein型相互作用項が消える。これは、拡散モード行列にスピン添字がなく、反対称性が相互作用項を抑制するためである。
• クラスC系では、スピン三重項相互作用 $U_{tz}$ は1ループの範囲で非相互作用固定点において marginal であるため、重要性を特定するには高次のループ解析が必要である。
• クラスDでは、熱伝導度およびスピン伝導度は相互作用によって変化せず、強い相互作用下でも金属的相は安定のまま保たれる。
• スピン伝導度の1ループ式から、反発的三重項相互作用は弱い局在化補正を減少させ、引力的相互作用はそれを増強することが示される。
• この結果は、クラスDにおける3次元の熱的金属-絶縁体転移も相互作用によって変更されないことを示唆しており、マージナル相互作用項の不在と整合的である。