[论文解读] Nonequilibrium steady states and transient dynamics of superconductors under phonon driving

Yuta Murakami, Naoto Tsuji+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 9, 2017

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用 3

一句话总结

本研究利用非平衡动力平均场理论研究了声子驱动的超导体，发现尽管通过弗洛凯边带增强了电子的有效吸引力，但参数型声子驱动通常会因加热和非平衡效应而抑制超导性。在弱耦合与强耦合区域中，超导能隙、序参量和超流密度均被降低，且在参数共振时抑制效应最强。

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.

研究动机与目标

• 理解在非平衡条件下，声子驱动如何影响霍尔斯坦模型中的超导序。
• 研究参数共振、有效电子吸引力与超导性抑制之间的相互作用。
• 分析弱耦合与强耦合电子-声子耦合区域中的瞬态动力学与非平衡稳态（NESS）。
• 确定弗洛凯边带带来的有效吸引力增强是否能在驱动下稳定超导性。
• 评估加热与非平衡分布对抑制超导序的作用。

提出的方法

• 采用非平衡动力平均场理论（非平衡DMFT）研究超导霍尔斯坦模型中的瞬态动力学与NESS。
• 将弗洛凯形式化方法拓展至电子-声子系统，以描述受驱的非平衡稳态。
• 分析声子传播幅以评估参数驱动诱导的有效吸引力。
• 执行完全自洽的计算，包含加热与非平衡电子分布。
• 利用实时间非平衡DMFT模拟向NESS的时域演化。
• 在弱耦合与强耦合电子-声子耦合区域之间进行比较，以识别普遍趋势。

实验结果

研究问题

• RQ1 尽管存在能量吸收，参数型声子驱动是否能通过弗洛凯边带增强超导性？
• RQ2 声子驱动如何影响NESS中的超导能隙、序参量与超流密度？
• RQ3 在驱动下，加热与非平衡分布对抑制超导性的角色是什么？
• RQ4 瞬态动力学与NESS有何不同？在弛豫过程中，哪些效应占主导？
• RQ5 超导性的抑制在参数共振时是否更为显著？

主要发现

• 在强耦合区域，参数型声子驱动导致超导能隙、序参量与超流密度显著抑制。
• 在参数共振时抑制效应最强，原因在于能量高效吸收与加热效应。
• 尽管通过弗洛凯边带增强了有效吸引力，超导性并未稳定，反而被抑制。
• 在弱耦合区域，驱动下转变温度以上的超导涨落被削弱，且在参数共振时抑制程度最大。
• 瞬态动力学主要受加热主导，从而削弱超导性，尤其在参数共振时更为显著。
• NESS始终显示超导序的抑制，表明声子驱动下存在一种普遍不稳定性。