[論文レビュー] Revisitation of superconductivity in K$_2$Cr$_3$As$_3$ based on the six-band model

Lida Zhang, Xianxin Wu+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 1, 2015

Iron-based superconductors research被引用数 5

ひとこと要約

本研究は、六バンドタイトバンドモデルを用いてK₂Cr₃As₃における超伝導性を再評価し、ハッブル＝フンダーハミルトニアンにランダム位相近似（RPA）を適用した。弱いフンダース結合領域では三重項$p_z$-波励起が支配的であることが確認された一方、強い結合領域では$f_{y^3-3x^2y}$-波励起が現れるが、現実的なパラメータ条件下では$p_z$-波が主導的対称性を示し、モデルに依存しない三重項励起の強靱性を示唆している。

ABSTRACT

We investigate the pairing symmetry of the newly synthesized quasi-one-dimension K$_2$Cr$_3$As$_3$ superconductor based on the six-band model. We adopt standard random-phase-approximation to study the Hubbard-Hund model of the system. Our results confirm the conclusions obtained from our previous three-band model: the triplet $p_z$ and $f_{y^3-3x^2y}$ wave pairings serve as the leading pairing symmetries in the weak and strong Hund's rule coupling regimes, respectively. For physically realistic parameters, the triplet $p_z$-wave pairing driven by ferromagnetic fluctuations is the leading pairing symmetry of the system. The consistency between the results of these two models suggests that the obtained $p_z$-wave pairing symmetry is physical and model-independent.

研究の動機と目的

• より包括的な六バンドタイトバンドモデルを用いて、従来の三バンドモデルに見られる限界を克服し、K₂Cr₃As₃の励起対称性を調査すること。
• 以前に報告された$p_z$-波励起対称性がモデル依存性があるのか、それとも異なるバンド表現においても一貫性を示すのかを特定すること。
• フンダース結合と局所的クーロン反発力が、異なる励起チャネルの安定化に果たす役割を検討すること。
• 六バンドモデルにおけるフェルミ面シートごとの超伝導ギャップ構造と励起強度を比較すること。
• より正確なバンド構造フレームワーク下で、物理的に現実的なパrameter条件下でも$p_z$-波励起対称性が支配的であるかどうかを検証すること。

提案手法

• スピンAおよびBの両サブラティスに存在するCr原子の全オービタル内容に基づき、六バンドタイトバンドモデルを構築し、従来の三バンドモデル（サブラティスBのみを含む）を改善した。
• 3dオービタルにおける電子相関を記述するため、局所的クーロン反発力（U）とフンダース結合（J_H）を含むハッブル＝フンダーハミルトニアンを定式化した。
• BCS型ギャップ方程式を解くためにランダム位相近似（RPA）を適用し、超伝導励起感受率を計算した。
• スピン感受率を計算し、Γ点にピークが現れることで反強磁性フラクチュエーションが支配的であることを特定した。
• U–J_H/Uパラメータ空間における基底状態位相図をマッピングし、超伝導秩序とスピン密度波（SDW）秩序が支配する領域を同定した。
• 異なるフェルミ面シート（α、β、γ）におけるギャップ関数の空間的およびオービタル的性質を分析し、励起の支配的性質を特定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 三バンドモデルで観測された三重項$p_z$-波励起対称性が、両サブラティスを含むより包括的な六バンドモデルでも継続的に現れるか？
• RQ2 両サブラティスの含みが、競合する励起対称性の相対的強度およびオービタル的性質にどのように影響を与えるか？
• RQ3 強い結合領域におけるフンダース結合が、主要な励起チャネルを決定づける役割を果たすか？
• RQ4 六バンドモデルにおける超伝導ギャップ関数が、三バンドモデルと比較して異なるフェルミ面シートにどのように分布するか？
• RQ5 $p_z$-波励起対称性がモデル変更に対して頑健であるか、物理的要因に起因する結果であるかを確認できるか？

主な発見

• 六バンドモデルは、弱いフンダース結合領域において三重項$p_z$-波励起が支配的であることを再確認し、三バンドモデルと整合的である。
• 強いフンダース結合領域では$f_{y^3-3x^2y}$-波励起が支配的になるが、物理的に現実的なパラメータでは$p_z$-波が依然として下位に位置づけられる。
• 超伝導励起強度は三次元フェルミ面シート（βおよびγ）で最も強く、特にγシートの励起が顕著である。これは三バンドモデルとは対照的で、その場合βシートが支配的であった。
• 反強磁性スピン密度波秩序の発生に必要な臨界U_cは、六バンドモデルでは三バンドモデルよりも顕著に高いことが判明し、磁気秩序の抑制が強まっていることを示している。
• 最大の励起固有値がUがU_cに近づくにつれて発散することから、強い結合領域における超伝導への不安定性が確認された。
• 六バンドモデルにおける$p_z$-波励起ギャップ関数は、準一次元的フェルミ面シートおよび三次元フェルミ面シートの両方で顕著な振幅を示し、三バンドモデルが単一のQ1Dシートに局在化していたのとは対照的である。