[論文レビュー] Response of a $d_{x^2-y^2}$ Superconductor to a Zeeman Magnetic Field

Kun Yang, S. L. Sondhi|arXiv (Cornell University)|Jun 14, 1997

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、電子スピンにのみ結合するゼーマン磁場が、2次元の d_{x^2-y^2} 超伝導体に与える応答を調査している。s波超伝導体とは異なり、d波状態ではギャップノードの拡大に起因して、小さな磁場下でスピン極化された正常ポケットが発生する。これは、面内磁場下のカルチウム系超伝導体において検出可能な明確な特徴である。

ABSTRACT

We study the response of a two dimensional $d_{x^2-y^2}$ superconductor to a magnetic field that couples only to the spins of the electrons. In contrast to the s-wave case, the $d_{x^2-y^2}$ state is modified even at small magnetic fields, with the gap nodes widening into normal, spin polarized, pockets. We discuss the promising prospects for observing this in the cuprate superconductors in fields parallel to the Cu-O planes. We also discuss the phase diagram, inclusive of a finite momentum pairing state with a novel linkage between the momentum of the pairs and the nodes of the relative wave function.

研究の動機と目的

• ゼーマン磁場が電子スピンにのみ結合する場合、d_{x^2-y^2} 超伝導体の電子構造に及ぼす影響を理解すること。
• d波とs波超伝導体を区別するための、この応答に特徴的な特徴を同定すること。
• 有限運動量ペアリング状態の出現と、秩序パラメータのノード構造との関連を調査すること。
• カルチウム系超伝導体における面内磁場下でのこの効果の観測可能性を評価すること。
• d波超伝導体におけるFFLO状態を含む相図の誤りを是正・精錬すること。

提案手法

• d_{x^2-y^2} 超伝導体にゼーマン磁場を作用させた場合のボゴリューボフ＝デ・ゲーンズ方程式に基づく形式的枠組み。
• 特に低磁場領域における誘導されたスピンスプリットの分析、特に超伝導ギャップ関数への影響。
• ノードの拡大がスピン極化された正常ポケットに至ることを示す、修正されたギャップ構造の計算。
• 平均場理論を用いた相図の解析、特に常識状態およびFFLO状態の境界。
• 有限運動量ペアリング状態の組み込みと、ノード波動関数の対称性との関連。
• 初期のFFLO相境界計算における誤りの是正、更新された相図および図2の作成。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スピンにのみ結合するゼーマン磁場が、d_{x^2-y^2} 超伝導体の超伝導ギャップ構造にどのように影響を与えるか？
• RQ2 スピン極化された正常ポケットが生じることで、電子スペクトルにどのような観測可能な特徴が現れるか？
• RQ3 同じゼーマン磁場下で、d波超伝導体とs波超伝導体の応答はどのように異なるか？
• RQ4 d_{x^2-y^2} 超伝導体における常識状態とFFLO状態の正しい相境界は何か？
• RQ5 有限運動量ペアリング状態において、コープスペアの運動量は相対波動関数のノード構造とどのように関連しているか？

主な発見

• d_{x^2-y^2} 超伝導体は、ギャップノードの拡大に起因して、小さなゼーマン磁場下でスピン極化された正常ポケットを発生する。
• この応答は、s波超伝導体とは本質的に異なる。低磁場下では、s波状態では同様の効果は観測されない。
• 常識状態とFFLO状態の相境界は是正され、更新された図2が新しい計算を反映している。
• 有限運動量ペアリング状態が出現し、ペアの運動量と相対波動関数のノード構造との間で新しい関連性が成立する。
• これらの結果は、面内磁場下のカルチウム系超伝導体において、この効果を実験的に検出する有望な道筋を示唆する。
• FFLO境界の修正にもかかわらず、弱磁場下の応答は本質的に変化しない。