[論文レビュー] Nonequilibrium steady states and transient dynamics of superconductors under phonon driving

Yuta Murakami, Naoto Tsuji+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 9, 2017

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、非平衡動的平均場理論を用いてフォノン駆動型超伝導体を調査し、パラメトリックフォノン駆動—フロケ側bandを通じて有効電子引力が増大するにもかかわらず—一般に加熱および非平衡効果のため超伝導性が抑制されることを明らかにした。弱い結合および強い結合の両 regime において、超伝導ギャップ、秩序パラメータ、および超流動密度が低下し、特にパラメトリック共鳴時に最も顕著な抑制が観察された。

ABSTRACT

We perform a systematic analysis of the influence of phonon driving on the superconducting Hol- stein model coupled to heat baths by studying both the transient dynamics and the nonequilibrium steady state (NESS) in the weak and strong electron-phonon coupling regimes. Our study is based on the nonequilibrium dynamical mean-field theory, and for the NESS we present a Floquet formu- lation adapted to electron-phonon systems. The analysis of the phonon propagator suggests that the effective attractive interaction can be strongly enhanced in the parametric resonant regime because of the Floquet side bands. While this may be expected to enhance the superconductivity (SC), our fully self-consistent calculations, which include the effects of heating and nonthermal distributions, show that the parametric phonon driving generically results in a suppression or complete melting of the SC order. In the strong coupling regime, the NESS always shows a suppression of the SC gap, the SC order parameter and the superfluid density as a result of the driving, and this tendency is most prominent at the parametric resonance. Using the real-time nonequilibrium DMFT formalism, we also study the dynamics towards the NESS, which shows that the heating effect dominates the transient dynamics, and SC is weakened by the external modulations, in particular at the parametric resonance. In the weak coupling regime, we find that the SC fluctuations above the transition tem- perature are generally weakened under the driving. The strongest suppression occurs again around the parametric resonance because of the efficient energy absorption.

研究の動機と目的

• 非平衡状態下におけるホルスタイン模型におけるフォノン駆動が超伝導秩序に与える影響を理解すること。
• パラメトリック共鳴、有効電子引力、および超伝導性抑制の間の相互作用を調査すること。
• 弱いおよび強い電子フォノン結合の両 regime における一時的ダイナミクスおよび非平衡定常状態（NESS）を分析すること。
• フロケ側bandによる有効引力の増大が、駆動下で超伝導性を安定化させ得るかどうかを特定すること。
• 加熱および非平衡分布の役割が、駆動下での超伝導秩序の抑制に果たす影響を評価すること。

提案手法

• 非平衡動的平均場理論（非平衡DMFT）を用いて、超伝導ホルスタイン模型における一時的ダイナミクスおよびNESSを研究する。
• 駆動された非平衡定常状態を記述するため、電子フォノン系にフロケ形式を適応する。
• フォノンプロパゲーターを分析し、パラメトリック駆動によって誘導される有効引力相互作用を評価する。
• 加熱および非平衡電子分布を含む完全に自己無撞撃的な計算を実施する。
• 時間発展に沿った非平衡DMFTを用いて、NESSへの時間的進化をシミュレートする。
• 弱いおよび強い電子フォノン結合の両 regime における結果を比較し、普遍的傾向を特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 エネルギー吸収が伴うにもかかわらず、パラメトリックフォノン駆動はフロケ側bandを通じて超伝導性を強化するのか？
• RQ2 NESSにおけるフォノン駆動は、超伝導ギャップ、秩序パラメータ、および超流動密度にどのように影響するか？
• RQ3 駆動下での超伝導性抑制に、加熱および非平衡分布が果たす役割は何か？
• RQ4 一時的ダイナミクスとNESSとの違いは何か？リラクゼーション過程で支配的となる要因は何か？
• RQ5 超伝導性の抑制は、パラメトリック共鳴時に顕著に顕在するのか？

主な発見

• パラメトリックフォノン駆動は、強い結合 regime において、超伝導ギャップ、秩序パラメータ、および超流動密度を顕著に抑制する。
• 効率的なエネルギー吸収および加熱効果のため、特にパラメトリック共鳴時に最も顕著な抑制が観察される。
• フロケ側bandによる有効引力の増大にもかかわらず、超伝導性は安定化されず、むしろ抑制される。
• 弱い結合 regime においては、転移温度より上の超伝導揺らぎが駆動によって弱まり、特にパラメトリック共鳴時に最大の抑制が観察される。
• 一時的ダイナミクスは加熱に支配され、特にパラメトリック共鳴時に超伝導性が弱まる。
• NESSは常に超伝導秩序の抑制を示しており、フォノン駆動下での一般化された不安定性を示している。