[論文レビュー] Superconductivity enhancement on a topological insulator surface by antiferromagnetic squeezed magnons

Eirik Erlandsen, Akashdeep Kamra+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 4, 2019

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用数 1

ひとこと要約

本論文では、2つのスブラットを有する二スブラット反強磁性絶縁体の一方のスブラットに通常金属を結合させることで、磁励地子媒介対合作用によりp波スピン三重項超伝導性が著しく増幅されることを提案する。不均衡な界面を介してスブラット非対称な結合を誘導することで、圧縮された磁励地子モードが電子対合作用を強化し、現実的なパラメータのもとで臨界温度をほぼゼロから1 K以上に上昇させる。

ABSTRACT

We investigate theoretically magnon-mediated superconductivity in a heterostructure consisting of a normal metal and a two-sublattice antiferromagnetic insulator. The attractive electron-electron pairing interaction is caused by an interfacial exchange coupling with magnons residing in the antiferromagnet, resulting in p-wave, spin-triplet superconductivity in the normal metal. Our main finding is that one may significantly enhance the superconducting critical temperature by coupling the normal metal to only one of the two antiferromagnetic sublattices employing, for example, an uncompensated interface. Employing realistic material parameters, the critical temperature increases from vanishingly small values to values significantly larger than 1 K as the interfacial coupling becomes strongly sublattice-asymmetric. We provide a general physical picture of this enhancement mechanism based on the notion of squeezed bosonic eigenmodes.

研究の動機と目的

• 通常金属と2スブラット反強磁性絶縁体のヘテロ構造における磁励地子媒介超伝導性を調査すること。
• 弱い電子対合作用のため、このような系で測定可能な超伝導臨界温度を達成することが困難であるという課題に対処すること。
• スブラット非対称な結合がボソンモード工学を用いて臨界温度を顕著に向上させ得るかを調査すること。
• 圧縮磁励地子固有モードに基づく一般化された物理的メカニズムを提示し、超伝導対合作用を強化すること。

提案手法

• 通常金属と反強磁性絶縁体の界面における交換結合を用いてヘテロ構造をモデル化すること。
• 反強磁性体内の磁励地子モードが引力的電子-電子相互作用の媒介者として機能することを分析すること。
• 通常金属を2つの反強磁性スブラットのうちの一方にのみ結合させることで、スブラット非対称な結合を導入すること。
• 対作用力の強度の増幅を説明するために、圧縮ボソン固有モードの概念を適用すること。
• 実際の材料パラメータを用いて、超伝導相における得られる臨界温度を計算すること。
• 磁励地子スペクトル関数と界面結合強度から有効対合作用力を導出すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2スブラット反強磁性体におけるスブラット非対称な結合が、隣接する通常金属における磁励地子媒介超伝導性を向上させ得るか？
• RQ2 界面結合におけるスブラット非対称性の程度が、誘導されたp波スピン三重項超伝導状態の臨界温度にどのように影響するか？
• RQ3 増幅の物理的起源は何か？これは圧縮ボソンモードの概念によって説明可能か？
• RQ4 実際の材料パラメータのもとで、スブラット非対称結合下で臨界温度が著しく1 Kを超える程度に達するか？
• RQ5 通常の界面欠損や弱い結合に対しても、この増幅効果は頑健か？

主な発見

• 通常金属が反強磁性スブラットの一方にのみ結合するスブラット非対称な結合は、超伝導臨界温度の顕著な増幅をもたらす。
• 増幅は、圧縮磁励地子固有モードの形成に起因し、有効電子対合作用力が増強されるためである。
• 実際の材料パラメータを用いた計算では、強いスブラット非対称性下で臨界温度が微小な値から1 Kを超えるまで上昇する。
• このメカニズムにより、界面交換結合を介した磁励地子交換作用を通じて、通常金属にp波スピン三重項超伝導性が誘導される。
• 臨界温度の増幅は、結合強度におけるスブラット非対称性の程度と直接的に関連しており、頑健である。
• 圧縮ボソンモードに基づく物理的図式は、相関ヘテロ構造における超伝導性を強化する一般化されたフレームワークを提供する。