[论文解读] Maximization of T$_{c}$ via Conspired Even-Parity Spin and Charge Collective Excitations in Strained Sr$_{2}$RuO$_{4}$

Swagata Acharya, Dimitar Pashov+4 more|arXiv (Cornell University)|Nov 13, 2018

Advanced Condensed Matter Physics被引用 1

一句话总结

本文提出了一种新颖机制，通过在应变Sr$_{2}$RuO$_{4}$中实现合作的偶宇称自旋和电荷涨落，从而增强超导转变温度（T$_{c}$），这些涨落有利于单重态配对。采用ab initio GW+DMFT方法，研究表明单轴应变抑制了三重态配对，同时通过相干耦合涨落增强了单重态分量，从而在一种非传统的'三重态'超导体中提高了T$_{c}$。

ABSTRACT

Unconventional superconductivity in Sr$_{2}$RuO$_{4}$ has been intensively studied for decades. The origin and nature of the pairing continues to be widely debated, in particular, the possibility of a triplet origin of Cooper pairs. However, complexity of Sr$_{2}$RuO$_{4}$ with multiple low-energy scales, involving subtle interplay among spin, charge and orbital degrees of freedom, calls for advanced theoretical approaches which treat on equal footing all electronic effects. Here we develop a novel approach, a detailed \emph{ab initio} theory, coupling quasiparticle self-consistent \emph{GW} approximation with dynamical mean field theory (DMFT), including both local and non-local correlations. We report that the superconducting instability has multiple triplet and singlet components. In the unstrained case the triplet eigenvalues are larger than the singlets. Under uniaxial strain, the triplet eigenvalues drop rapidly and the singlet components increase. This is concomitant with our observation of spin and charge fluctuations shifting closer to wave-vectors favoring singlet pairing in the Brillouin zone. We identify a complex mechanism where charge fluctuations and spin fluctuations co-operate in the even-parity channel under strain leading to increment in $T_c$, thus proposing a novel mechanism for pushing the frontier of $T_c$ in unconventional `triplet' superconductors.

研究动机与目标

• 为解决Sr$_{2}$RuO$_{4}$中配对对称性的长期争议，特别是三重态配对的作用。
• 理解应变如何改变这一多组分超导体中自旋、电荷和轨道自由度之间的相互作用。
• 建立一个统一的理论框架，使局域与非局域关联在强关联氧化物中得到同等处理。
• 识别超越传统s波或d波配对的新型机制，以增强非传统超导体中的T$_{c}$。

提出的方法

• 采用准粒子自洽GW（QSGW）方法，以精确描述电子结构和能带色散。
• 将QSGW与动态平均场理论（DMFT）结合，以同时包含局域和非局域电子关联。
• 同时考虑局域与非局域关联，以捕捉自旋、电荷和轨道自由度之间的微妙相互作用。
• 计算自旋和电荷涨落谱，以识别有利于不同配对对称性的波矢。
• 分析在单轴应变下配对本征值的演化，以追踪从三重态到单重态主导的转变。
• 聚焦于偶宇称通道，其中自旋和电荷涨落协同作用，从而增强T$_{c}$。

实验结果

研究问题

• RQ1 单轴应变如何影响Sr$_{2}$RuO$_{4}$中三重态与单重态配对通道的相对稳定性？
• RQ2 非局域关联在应变下对自旋和电荷涨落谱的修改起什么作用？
• RQ3 在具有主导三重态配对倾向的体系中，合作的偶宇称自旋和电荷涨落能否导致T$_{c}$增强？
• RQ4 自旋和电荷涨落的波矢在应变下如何移动以有利于单重态配对？
• RQ5 应变诱导涨落在这一非传统超导体中如何通过微观机制提高T$_{c}$？

主要发现

• 在单轴应变下，三重态配对本征值迅速减小，而单重态分量增加，表明向单重态主导的转变。
• 自旋和电荷涨落在应变下向布里渊区中有利于偶宇称单重态配对的波矢移动。
• 在偶宇称通道中自旋与电荷涨落的协同作用被确定为增强T$_{c}$的关键机制。
• 所提出的机制通过非局域关联与涨落动力学的复杂相互作用实现，而非通过传统配对通道。
• ab initio GW+DMFT框架揭示，应变诱导的T$_{c}$增强源于集体涨落，而不仅仅是能带结构的改变。
• 本研究展示了一条通过在偶宇称通道中调控自旋-电荷相干性来提高非传统超导体T$_{c}$的新途径。