[論文レビュー] Time-Reversal Symmetry and the Structure of Superconducting Order Parameter of Nearly Ferromagnetic Spin-Triplet Superconductor UTe2

V. G. Yarzhemsky, E. A. Teplyakov|arXiv (Cornell University)|Jan 9, 2020

Rare-earth and actinide compounds被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、近似的に強磁性であるスピン三重項超伝導体 UTe2 における超伝導秩序パラメータ（SOP）を、タイプIIIのシュビニコフ空間群を用いた群論的手法を用いて調査する。m'm'm対称性において、非ユニタリな三重項SOPが特定され、複素位相巻き付きが加わると等スピン対応状態が不安定化することが示され、実験データと整合する不変部分表現が得られた。

ABSTRACT

The space-group approach to the wavefunction of a Cooper pair is extended to Shubnikov groups of type III and applied to newly discovered nearly ferromagnetic superconductor UTe2. A nonunitary triplet SOP (superconducting order parameter), manifested experimentally, was obtained for Shubnikov group m'm'm . The nodal structure of triplet nonunitary SOP is investigated and it was shown that in the case of Shubnikov III symmetry nodal structure of ESP (equal spin pairing) state is in some cases unstable, i.e. changes when a complex phase winding is added. The irreducible corepresentations of a Cooper pair wave function corresponding to m'm'm symmetry and to all experimental data for UTe2 are identified.

研究の動機と目的

• UTe2、すなわち近似的に強磁性のスピン三重項超伝導体における超伝導秩序パラメータの対称性および構造を特定すること。
• 時間反転対称性の破れを示す磁気空間群を記述するタイプIIIシュビニコフ群にまで拡張された空間群的手法を、コープァー対波動関数に適用すること。
• UTe2における実験的観測と整合するコープァー対波動関数の不変部分表現を同定すること。
• 磁気対称性下における非ユニタリな三重項SOPの節構造を分析し、複素位相巻き付き下での安定性を評価すること。
• 理論的予測とUTe2の超伝導状態に関する実験的データを一致させること、特に時間反転対称性の破れに関して。

提案手法

• タイプIIIシュビニコフ群、特に磁気空間群m'm'mを用いた群論の応用により、可能な超伝導秩序パラメータを分類する。
• 時間反転対称性の破れを伴うコープァー対波動関数の対称性を不変部分表現を用いて記述する。
• 異なる位相巻き付き配置下における三重項非ユニタリSOPの節構造を分析する。
• 理論的不変部分表現とUTe2の実験的データを比較し、最も妥当なSOP構造を同定する。
• 対称性に基づく基準を用いて、複素位相巻き付きが加わった場合の等スピン対応（ESP）状態の安定性を検討する。
• UTe2の結晶および磁気空間群の対称性に基づき、SOPに課される制約を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 シュビニコフ群m'm'm下で、UTe2における超伝導秩序パラメータの対称性許容形は何か？
• RQ2 時間反転対称性の破れは、UTe2におけるコープァー対波動関数の構造にどのように現れるか？
• RQ3 複素位相巻き付きがSOPに加えられた場合、UTe2における等スピン対応（ESP）状態は安定か？
• RQ4 m'm'm群のどの不変部分表現が、UTe2の実験的観測と整合するか？
• RQ5 磁気対称性下にあって、非ユニタリな三重項超伝導秩序パラメータの節構造は何か？

主な発見

• シュビニコフ群m'm'mにおける非ユニタリな三重項超伝導秩序パラメータ（SOP）が、時間反転対称性の破れを示す実験的観測と整合することが同定された。
• 等スピン対応（ESP）状態の節構造は、複素位相巻き付きが加わると不安定化することが判明し、これにより異なるSOP配置への遷移が示唆された。
• m'm'm対称性下におけるコープァー対波動関数の不変部分表現が明示的に決定され、UTe2の実験的データと一致することが示された。
• 本研究は、与えられた磁気空間群下で、スピン三重項で非ユニタリなSOPがUTe2の超伝導状態の最も可能性の高い候補であることを確認した。
• 理論的解析により、タイプIIIシュビニコフ群の対称性制約が、時間反転対称性の破れを支持する複雑なSOP構造を許容することを示した。
• 結果は、Physics Letters Aに掲載された論文版と整合しており、理論的枠組みが実験的発見と整合することを検証した。