[論文レビュー] Maximization of T$_{c}$ via Conspired Even-Parity Spin and Charge Collective Excitations in Strained Sr$_{2}$RuO$_{4}$

Swagata Acharya, Dimitar Pashov+4 more|arXiv (Cornell University)|Nov 13, 2018

Advanced Condensed Matter Physics被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、スピンおよび電荷揺動が対称性の高い状態で協同的に働くことを可能にする新規メカニズムを提案し、歪みを受けるSr$_{2}$RuO$_{4}$における超伝導転移温度（T$_{c}$）の向上を実現する。ab initio GW+DMFT手法を用いて、一軸歪みが三重項対称性を抑制し、整合的かつ共鳴的に結合した揺動を通じて単重項成分を強化することを示し、非単純な「三重項」超伝導体におけるT$_{c}$の上昇をもたらす。

ABSTRACT

Unconventional superconductivity in Sr$_{2}$RuO$_{4}$ has been intensively studied for decades. The origin and nature of the pairing continues to be widely debated, in particular, the possibility of a triplet origin of Cooper pairs. However, complexity of Sr$_{2}$RuO$_{4}$ with multiple low-energy scales, involving subtle interplay among spin, charge and orbital degrees of freedom, calls for advanced theoretical approaches which treat on equal footing all electronic effects. Here we develop a novel approach, a detailed \emph{ab initio} theory, coupling quasiparticle self-consistent \emph{GW} approximation with dynamical mean field theory (DMFT), including both local and non-local correlations. We report that the superconducting instability has multiple triplet and singlet components. In the unstrained case the triplet eigenvalues are larger than the singlets. Under uniaxial strain, the triplet eigenvalues drop rapidly and the singlet components increase. This is concomitant with our observation of spin and charge fluctuations shifting closer to wave-vectors favoring singlet pairing in the Brillouin zone. We identify a complex mechanism where charge fluctuations and spin fluctuations co-operate in the even-parity channel under strain leading to increment in $T_c$, thus proposing a novel mechanism for pushing the frontier of $T_c$ in unconventional `triplet' superconductors.

研究の動機と目的

• Sr$_{2}$RuO$_{4}$における対称性の問題、特に三重項対称性の役割について長年の議論を解決すること。
• 歪みが多成分超伝導体におけるスピン、電荷、軌道自由度の相乗作用にどのように影響するかを理解すること。
• 強い電子相関を持つ酸化物において、局所的および非局所的相関を同等に扱う統一的理論枠組みを構築すること。
• 従来のs波またはd波対称性を越えた、非単純超伝導体におけるT$_{c}$を向上させる新規メカニズムを同定すること。

提案手法

• 電子構造およびバンド分散を正確に記述するため、準粒子自己エネルギーを自己無撞着に扱うQSGW（Quasiparticle Self-consistent GW）手法を採用する。
• QSGWと動的平均場理論（DMFT）を組み合わせ、局所的および非局所的電子相関を同時に取り入れる。
• スピン、電荷、軌道自由度の微妙な相乗作用を捉えるために、局所的および非局所的相関を併用する。
• 異なる対称性の対称性を促進する波数を同定するため、スピンおよび電荷揺動スペクトルを計算する。
• 一軸歪み下での対称性固有値の変化を追跡し、三重項から単重項への優位性の移行を分析する。
• スピンと電荷揺動が協同的に働く偶パリティチャネルに焦点を当てる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 一軸歪みは、Sr$_{2}$RuO$_{4}$における三重項対称性と単重項対称性の相対的安定性にどのように影響するか？
• RQ2 非局所的相関は、歪み下でのスピンおよび電荷揺動スペクトルをどのように変化させるか？
• RQ3 協同的な偶パリティスピンおよび電荷揺動は、三重項対称性が支配的傾向にある系においてT$_{c}$の向上をもたらすことができるか？
• RQ4 歪み下でスピンおよび電荷揺動の波数がどのようにシフトし、単重項対称性を促進するか？
• RQ5 歪み誘発揺動が、この非単純超伝導体におけるT$_{c}$をどのように上昇させるか、その微視的メカニズムは何か？

主な発見

• 一軸歪み下では、三重項対称性固有値が急激に低下する一方で、単重項成分が増加し、単重項優位性への移行が示唆される。
• 歪み下では、スピンおよび電荷揺動が偶パリティ単重項対称性を促進するブリユアンゾーン内の波数にシフトする。
• 偶パリティチャネルにおけるスピンおよび電荷揺動の協同的働きが、T$_{c}$の向上をもたらす主要因であると特定された。
• 本メカニズムは、従来の対称性チャネルではなく、非局所的相関と揺動ダイナミクスの複雑な相互作用を通じて作用する。
• ab initio GW+DMFTフレームワークにより、歪み誘発T$_{c}$上昇がバンド構造の単なる変化ではなく、集団的揺動に起因することが明らかになった。
• 本研究は、偶パリティチャネルにおけるスピン-電荷共鳴を工学的に設計することで、非単純超伝導体におけるT$_{c}$を向上させる新たな道筋を示した。