[論文レビュー] Quasiparticle-Phonon Coupling Mediated Superconducting Dome in MoS2 and TiSe2

Tanmoy Das, Kapildeb Dolui|arXiv (Cornell University)|Nov 12, 2014

Iron-based superconductors research被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、MoS2およびTiSe2における超伝導ドームを説明するために、電子-電子および電子-格子振動子相互作用を自己無撞着に組み込んだ、第一原理的モーメンタム分解能密度揺動（MRDF）モデルを導入する。このモデルは、高ドーピング領域において電子-電子相関が電子-格子振動子結合およびTcを抑制することを示し、電子-格子振動子結合のみを考慮した場合のTcの過大評価を解消する。

ABSTRACT

We use a first-principles based self-consistent momentum-resolved density fluctuation (MRDF) model to compute the combined effects of electron-electron and electron-phonon interactions to describe the superconducting dome in the correlated MoS2 thin flake and TiSe2. We find that without including the electron-electron interaction, the electron-phonon coupling and the superconducting transition temperature (Tc) are overestimated in both these materials. However, once the full angular and dynamical fluctuations of the spin and charge density induced quasiparticle self-energy effects are included, the electron-phonon coupling and Tc are reduced to the experimental value. With doping, both electronic correlation and electron-phonon coupling grows, and above some doping value, the former becomes so large that it starts to reduce the quasiparticle-phonon coupling constant and Tc, creating a superconducting dome, in agreement with experiments.

研究の動機と目的

• MoS2およびTiSe2における超伝導転移温度（Tc）の理論的予測と実験的観測の乖離を解消すること。
• 高ドーピング領域における電子-電子相互作用が、電子-格子振動子結合およびTcをどのように抑制するかを調査すること。
• 相関超伝導体におけるスピンおよび電荷密度揺動を同時に捉える自己無撞着なフレームワークを構築すること。
• 実験的に観測された中間ドーピングでピークを示す超伝導ドームの起源を説明すること。

提案手法

• 第一原理に基づく自己無撞着なモーメンタム分解能密度揺動（MRDF）モデルを用いて、電子-電子および電子-格子振動子相互作用を計算する。
• 準粒子自己エネルギーに、スピンおよび電荷密度の全角度的および動的揺動を組み込む。
• ドーピング濃度に応じた準粒子-格子振動子結合定数およびTcを計算する。
• 電子-電子および電子-格子振動子相互作用を自己無撞着に結合することで、Tcの過大評価を回避する。
• Ab initioの入力を用いて、MoS2およびTiSe2における実際の電子構造および格子振動モードをモデル化する。
• ドーピングに伴うTcの変化を、増加する電子-格子振動子結合と増加する電子相関のバランスから追跡する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜMoS2およびTiSe2において、電子-格子振動子結合のみを考慮すると超伝導転移温度（Tc）が過大評価されるのか？
• RQ2 電子-電子相互作用は、これらの相関系材料における有効な準粒子-格子振動子結合およびTcをどのように変化させるのか？
• RQ3 モーメンタム分解能および動的スピンおよび電荷密度揺動が、超伝導ドームをどのように形成するのか？
• RQ4 電子相関が超伝導転移温度を抑制し始めるドーピング濃度はどの程度か？
• RQ5 電子-格子振動子結合と電子-電子相関の相互作用は、どのようにしてTc曲線がドーム型を示すのか？

主な発見

• 電子-電子相互作用を無視すると、MoS2およびTiSe2における電子-格子振動子結合および超伝導転移温度（Tc）が過大評価される。
• 準粒子自己エネルギーにスピンおよび電荷密度の全角度的および動的揺動を組み込むことで、予測されたTcは実験値と一致するようになる。
• ドーピングが増加するに従い、電子-格子振動子結合および電子相関の両方が増加するが、後者は最終的に有効な準粒子-格子振動子結合を抑制する。
• 増加する電子-格子振動子結合と増加する電子相関の競合が、中間ドーピングでTcのピークを形成し、超伝導ドームを生じる。
• 本モデルは、MoS2およびTiSe2の両方で実験的に観測されたドーピング依存のドーム型Tc依存性を正確に再現する。
• 高ドーピング領域におけるTcの抑制を定量的に記述するには、電子-電子相互作用の組み込みが不可欠である。