[논문 리뷰] Nonequilibrium steady states and transient dynamics of superconductors under phonon driving

Yuta Murakami, Naoto Tsuji외 2명|arXiv (Cornell University)|2017. 02. 09.

Physics of Superconductivity and Magnetism인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 비평형 동역학 평균장 이론을 사용하여 진동자에 의해 유도되는 초전도체를 조사하며, 파라메트릭 진동자 구동—비록 플로케트 사이드밴드를 통해 효과적인 전자 인력이 증가하지만—일반적으로 가열 및 비열역학적 효과로 인해 초전도성을 억제함을 밝혀냈다. 약한 및 강한 결합 영역 모두에서 초전도 갭, 질서 매개변수, 초류 밀도가 감소하며, 특히 파라메트릭 공진에서 가장 강한 억제가 관찰된다.

ABSTRACT

We perform a systematic analysis of the influence of phonon driving on the superconducting Hol- stein model coupled to heat baths by studying both the transient dynamics and the nonequilibrium steady state (NESS) in the weak and strong electron-phonon coupling regimes. Our study is based on the nonequilibrium dynamical mean-field theory, and for the NESS we present a Floquet formu- lation adapted to electron-phonon systems. The analysis of the phonon propagator suggests that the effective attractive interaction can be strongly enhanced in the parametric resonant regime because of the Floquet side bands. While this may be expected to enhance the superconductivity (SC), our fully self-consistent calculations, which include the effects of heating and nonthermal distributions, show that the parametric phonon driving generically results in a suppression or complete melting of the SC order. In the strong coupling regime, the NESS always shows a suppression of the SC gap, the SC order parameter and the superfluid density as a result of the driving, and this tendency is most prominent at the parametric resonance. Using the real-time nonequilibrium DMFT formalism, we also study the dynamics towards the NESS, which shows that the heating effect dominates the transient dynamics, and SC is weakened by the external modulations, in particular at the parametric resonance. In the weak coupling regime, we find that the SC fluctuations above the transition tem- perature are generally weakened under the driving. The strongest suppression occurs again around the parametric resonance because of the efficient energy absorption.

연구 동기 및 목표

• 비평형 조건 하에서 톨스타인 모형의 초전도 질서에 진동자 구동이 미치는 영향을 이해하기 위해.
• 파라메트릭 공진, 효과적 전자 인력, 초전도성 억제 간의 상호작용을 조사하기 위해.
• 약한 및 강한 전자-진동자 결합 영역에서 임시 동역학 및 비평형 안정 상태(NESS)를 분석하기 위해.
• 플로케트 사이드밴드로부터 유도된 효과적 인력 증가가 구동 조건 하에서 초전도성을 안정화시킬 수 있는지 확인하기 위해.
• 가열 및 비열역학적 분포가 구동 조건 하에서 초전도 질서를 억제하는 데 수행하는 역할 평가하기 위해.

제안 방법

• 비평형 동역학 평균장 이론(비평형 DMFT)을 사용하여 초전도 톨스타인 모형의 임시 동역학 및 NESS를 연구하기 위해.
• 비평형 안정 상태를 기술하기 위해 전자-진동자 시스템에 플로케트 수식을 적응적으로 적용하기 위해.
• 파라메트릭 구동에 의해 유도된 효과적 인력 상호작용을 평가하기 위해 진동자 보존함수 분석하기 위해.
• 가열 및 비열역학적 전자 분포를 포함한 완전히 자기구속적인 계산 수행하기 위해.
• 실시간 비평형 DMFT를 사용하여 NESS로의 시간 진화 시뮬레이션 수행하기 위해.
• 약한 및 강한 전자-진동자 결합 영역 간의 결과 비교를 통해 일반적인 경향 파악하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 에너지 흡수에도 불구하고, 파라메트릭 진동자 구동이 플로케트 사이드밴드를 통해 초전도성을 증가시키는가?
• RQ2 NESS에서 진동자 구동은 초전도 갭, 질서 매개변수, 초류 밀도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 가열 및 비열역학적 분포는 구동 조건 하에서 초전도성을 억제하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 임시 동역학과 NESS는 어떻게 다를지, 그리고 회복 과정에서 어떤 효과가 지배적인가?
• RQ5 초전도성 억제는 파라메트릭 공진에서 더 뚜렷한가?

주요 결과

• 파라메트릭 진동자 구동은 강한 결합 영역에서 초전도 갭, 질서 매개변수, 초류 밀도를 강하게 억제한다.
• 효율적인 에너지 흡수 및 가열 효과로 인해 파라메트릭 공진에서 가장 뚜렷한 억제가 발생한다.
• 비록 플로케트 사이드밴드를 통한 효과적 인력 상호작용 증가가 이루어지지만, 초전도성은 안정화되지 않고 오히려 억제된다.
• 약한 결합 영역에서는 전이 온도 이상의 초전도 플럭투에이션은 구동 조건 하에서 약화되며, 특히 파라메트릭 공진에서 최대의 억제가 관찰된다.
• 임시 동역학은 가열에 의해 지배되며, 이는 특히 파라메트릭 공진에서 초전도성을 약화시킨다.
• 모든 경우에서 NESS는 초전도 질서의 억제를 보이며, 이는 진동자 구동 하에서 일반적인 불안정성을 나타낸다.