[논문 리뷰] Antiferromagnetism, charge density wave and $d$-wave superconductivity in the $t$-$J$-$U$-$V$ model of correlated electrons

Marcin Abram, M. Zegrodnik외 1명|arXiv (Cornell University)|2016. 07. 19.

Physics of Superconductivity and Magnetism인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 강한 전자 상호작용을 갖는 t-J-U-V 모형에서 반강자성체(AF), 전하 밀도파(CDW), d파형 초전도체(스칼라)의 상호작용을 통계적으로 일관된 구츠빌러 근사(SGA)를 사용하여 조사한다. CDW 순서는 구멍 도핑 범위 δ 내에서만 특정 임계 상호작용 V 이상에서 나타나며, 강한 V 는 초전도체를 억제하지만 반강자성체 순서에는 영향을 거의 주지 않는다. 더 높은 차수의 보정은 구츠빌러 파동함수에 대한 도식 전개(DE-GWF)를 통해 확인되며, 이러한 경향은 더욱 강화된다.

ABSTRACT

In the first part of the paper, we study the stability of antiferromagnetic (AF), charge density wave (CDW), and superconducting (SC) states within the $t$-$J$-$U$-$V$ model of strongly correlated electrons by using the statistically consistent Gutzwiller approximation (SGA). We concentrate on the role of the intersite Coulomb interaction term $V$ in stabilizing the CDW phase. In particular, we show that the charge ordering appears only above a critical value of $V$ in a limited hole-doping range $\delta$. The effect of the $V$ term on SC and AF phases is that a strong interaction suppresses SC, whereas the AF order is not significantly influenced by its presence. In the second part, separate calculations for the case of pure SC phase have been carried out within an extended approach (the diagrammatic expansion for the Gutzwiller wave function, DE-GWF) in order to analyze the influence of the intersite Coulomb repulsion on the SC phase with the higher-order corrections included beyond the SGA method. In the Appendices we discuss the ambiguity connected with the choice of the Gutzwiller renormalization factors within the renormalized mean filed theory when either AF or CDW orders are considered. At the end we overview briefly the possible extensions of the current models to make description of the SC, AF, and CDW states on equal footing.

연구 동기 및 목표

• 강한 상관 전자 시스템의 t-J-U-V 모형에서 반강자성체(AF), 전하 밀도파(CDW), d파형 초전도체(스칼라) 상의 안정성을 분석하기 위해.
• 상호작용 V가 CDW 상을 안정화시키는 데 미치는 영향과 동시에 SC 및 AF 순서에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• SGA를 넘어서는 분석을 위해 구츠빌러 파동함수에 대한 도식 전개(DE-GWF)를 활용하여 고차수 보정을 포함하기 위해.
• 반강자성체 또는 CDW 순서가 존재할 경우 재규격화된 평균장 이론 내에서 구츠빌러 재규격화 인자에 발생하는 모호함을 다루기 위해.
• 상관 전자 시스템에서 SC, AF, CDW 상태를 통합적으로 기술할 수 있는 프레임워크를 제안하기 위해.

제안 방법

• 통계적으로 일관된 구츠빌러 근사(SGA)를 적용하여 t-J-U-V 모형에서 AF, CDW, SC 상의 안정성을 연구하기 위해.
• 상호작용 V를 핵심 매개변수로 삼아 상 경쟁에 미치는 영향을 평가하기 위해 도입하기 위해.
• SGA를 초월한 고차수 상관 효과를 포함하기 위해 구츠빌러 파동함수에 대한 도식 전개(DE-GWF)를 사용하기 위해.
• 구멍 도핑 범위 δ 내에서의 상도표를 분석하여 임계 V 이상에서 CDW 순서가 나타나는지에 중점을 두기 위해.
• 반강자성체 또는 CDW 순서를 고려할 경우 평균장 이론에서 재규격화 인자에 발생하는 모호함을 조사하기 위해.
• SC, AF, CDW 상태를 동등하게 다룰 수 있도록 모형을 확장하기 위한 논의를 수행하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 t-J-U-V 모형에서 전하 밀도파(CDW) 상을 안정화시키기 위해 필요한 상호작용 V의 임계 값은 얼마인가?
• RQ2 상호작용 V는 d파형 초전도체(스칼라) 및 반강자성체(AF) 상의 안정성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 SGA를 초월한 고차수 상관 보정은 CDW, SC, AF 상태 간의 상 경쟁에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ4 반강자성체 또는 CDW 순서가 평균장 처리에서 고려될 경우 구츠빌러 재규격화 인자에 모호함이 발생하는 원인은 무엇인가?
• RQ5 t-J-U-V 모형을 어떻게 확장하여 SC, AF, CDW 상태를 동등하게 기술할 수 있는가?

주요 결과

• 전하 밀도파(CDW) 상은 제한된 구멍 도핑 범위 δ 내에서만 특정 임계 상호작용 V 이상에서 나타난다.
• 강한 상호작용 V 는 d파형 초전도체(스칼라) 상을 억제하며, 이는 CDW와 SC 순서 간의 경쟁을 시사한다.
• 반강자성체(AF) 순서는 V 가 증가함에 따라 거의 영향을 받지 않으며, 이는 장거리 전하 상호작용에 대해 강건함을 시사한다.
• 구츠빌러 파동함수에 대한 도식 전개(DE-GWF)를 통한 고차수 보정은 V 가 초전도체를 억제하는 경향을 확인하며 SGA 결과를 지지한다.
• 반강자성체 또는 CDW 순서가 재규격화된 평균장 이론 내에서 고려될 경우 구츠빌러 재규격화 인자에 모호함이 발생하며, 이를 신중히 다루어야 한다.
• 논문은 모형의 확장을 통해 상관 전자 모형에서 SC, AF, CDW 상태를 통합적으로 기술할 수 있는 길을 제시한다.