[論文レビュー] Nodeless superconducting gap induced by a competing odd-parity Fulde-Ferrel-Larkin-Ovchinnikov superconductivity in deeply underdoped cuprates

Tanmoy Das|arXiv (Cornell University)|Dec 2, 2013

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、深く穴ドーピングされた銅酸化物超伝導体において、d波超伝導性および反強磁性と併せて、中心質量運動量が反強磁性波数ベクトル Q=(π,π) に固定された頑健な奇パリティFulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov（FFLO）三重スピン超伝導状態が出現すると提案する。このFFLO状態は完全にギャップのある準粒子スペクトルを誘導し、観測された「絶縁体的」な電子構造を説明する。また、超伝導密度の指数的温度依存性が、この状態の主要な検証可能な特徴として予測される。

ABSTRACT

We develop a microscopic theory to show that the transition from an antiferromagnetic (AFM) phase to $d_{x^2-y^2}$-wave superconductivity occurs through the robust companion of a triplet superconductivity. More interestingly, the symmetry combination of AFM and $d$-wave superconducting (SC) phase prescribes the triplet state to be odd parity and Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov (FFLO) type with its center-of-mass momentum being single valued at the AFM wavevector ${\bf Q}=(\pi,\pi)$. Furthermore, the FFLO state produces a fully gapped quasiparticle spectrum which explains the recent observations of the `insulating'-like electronic structure of lightly doped cuprates in hole doping side. We have studied the stability of all three phases within the coupled self-consistent mean-field theory. Finally, we calculate the superfluid density to propose its exponential temperature dependence as a test to the SC origin of this `insulating' state, while the phase modulation of the FFLO state can be visualized by scanning probes. The results are generic to all uncoventional SC pairing symmetries including $s^{\pm}$ in pnictide and others.

研究の動機と目的

• 軽微な穴ドーピングされた銅酸化物で観測された「絶縁体的」な電子構造の起源を説明すること。これはd波超伝導体の期待とは矛盾する。
• 深く穴ドーピングされた銅酸化物において、d波超伝導性および反強磁性と併せて三重スピン超伝導状態がどのように出現するかを調査すること。
• 三重スピン対称性および運動量構造を特定すること。特に、奇パリティおよびFFLO的性質を特徴とする。
• 自己無撞着な平均場理論を用いて、反強磁性、d波超伝導、およびFFLO三重スピン超伝導相の共存の安定性を確立すること。
• 観測されたギャップ状態の超伝導起源を特定するための検証可能な特徴として、超伝導密度の指数的温度依存性を提案すること。

提案手法

• 反強磁性、d波超伝導、および三重スピン超伝導秩序パラメータを同時に取り扱うため、自己無撞着な平均場理論に基づく微視的理論を構築する。
• 三重スピン対の状態が奇パリティであり、Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov（FFLO）型であることを特定し、中心質量運動量が反強磁性波数ベクトル Q=(π,π) に固定されていることを示す。
• 対称性解析を用いて、AFMとd波SC相の共存が、単一値の運動量を持つ奇パリティ・FFLO型対称性に三重スピン対を強制することを示す。
• 平均場フレームワーク内で準粒子スペクトルを計算し、d波対称性にもかかわらず完全ギャップ状態が出現することを示す。
• 温度関数としての超伝導密度を計算し、FFLO状態に特徴的な指数的温度依存性を導出する。
• 走査型トンネル顕微鏡（STM）や他の局所的プローブを用いて、FFLO状態の空間的位相モードを可視化できることを提案し、直接的な実験的特徴を与える。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 深く穴ドーピングされた銅酸化物において、d波超伝導性および反強磁性と共存する三重スピン超伝導状態の対称性および運動量構造は何か？
• RQ2 反強磁性およびd波超伝導秩序パラメータの共存が、なぜ奇パリティ・FFLO型三重スピン対称性を強制するのか？
• RQ3 軽微にドーピングされた銅酸化物で観測された「絶縁体的」な準粒子スペクトルは、このようなFFLO対称性メカニズムによって完全ギャップ状態として説明可能か？
• RQ4 このFFLO状態における超伝導密度の温度依存性は何か？また、従来の超伝導体とはどのように異なるか？
• RQ5 FFLO状態の位相モードは、どのようにして実験的にプローブされ、他の競合する秩序状態と区別されるか？

主な発見

• 深く穴ドーピングされた銅酸化物において、反強磁性とd波超伝導の共存が、Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov（FFLO）的性質を有する頑健な奇パリティ三重スピン超伝導状態の出現を強制する。
• FFLO状態は、反強磁性波数ベクトル Q=(π,π) に固定された単一値の中心質量運動量を持つ。これはAFMとd波SC相の対称性の組み合わせの直接的結果である。
• FFLO対称性は完全ギャップ準粒子スペクトルを誘導し、軽微にドーピングされた銅酸化物で観測された「絶縁体的」な電子構造の微視的説明を提供する。
• この状態における超伝導密度は指数的温度依存性を示し、ギャップ状態の超伝導起源を特定するための特徴的な検証可能な特徴となる。
• FFLO状態の空間的位相モードは、走査型トンネル顕微鏡（STM）や他の局所的プローブを用いて可視化可能であり、状態を直接検出するための実験的ルートを提供する。
• 理論的枠組みは一般性を持ち、鉄系材料におけるs±-波超伝導体など、同様の対称性を持つ他の非摂動的超伝導体にも適用可能である。