[논문 리뷰] Superconductivity enhancement on a topological insulator surface by antiferromagnetic squeezed magnons

Eirik Erlandsen, Akashdeep Kamra외 2명|arXiv (Cornell University)|2019. 03. 04.

Physics of Superconductivity and Magnetism인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 두 하위격자 반자성绝縁체의 한 하위격자에만 정상 금속을 결합시킴으로써, 자성파를 통해 촉진되는 p파 스핀트리플렛 초전도성의 비례적 증대를 제안한다. 비대칭 하위격자 결합(예: 보상되지 않은 인터페이스를 통해)을 유도함으로써, 압축된 자성파 모드가 전자 쌍결합 상호작용을 증폭시켜, 현실적인 매개변수 하에서 임계온도를 근처 0 K에서 1 K 이상으로 끌어올린다.

ABSTRACT

We investigate theoretically magnon-mediated superconductivity in a heterostructure consisting of a normal metal and a two-sublattice antiferromagnetic insulator. The attractive electron-electron pairing interaction is caused by an interfacial exchange coupling with magnons residing in the antiferromagnet, resulting in p-wave, spin-triplet superconductivity in the normal metal. Our main finding is that one may significantly enhance the superconducting critical temperature by coupling the normal metal to only one of the two antiferromagnetic sublattices employing, for example, an uncompensated interface. Employing realistic material parameters, the critical temperature increases from vanishingly small values to values significantly larger than 1 K as the interfacial coupling becomes strongly sublattice-asymmetric. We provide a general physical picture of this enhancement mechanism based on the notion of squeezed bosonic eigenmodes.

연구 동기 및 목표

• 정상 금속과 두 하위격자 반자성 절연체의 이종구조에서 자성파를 통한 초전도성의 탐색.
• 약한 전자 쌍결합 상호작용으로 인해 이러한 시스템에서 측정 가능한 초전도 임계온도를 달 đạt하는 데 도전하는 문제 해결.
• 서브그리드 비대칭 결합이 보존 모드 설계를 통해 임계온도를 크게 향상시킬 수 있는지 조사.
• 압축된 자성파 고유모드를 기반으로 한 일반적인 물리적 메커니즘을 제안하여 초전도성 쌍결합을 향상시키기.

제안 방법

• 정상 금속과 반자성 절연체 사이의 인터페이스 스핀 교환 상호작용을 모델링하여 이종구조를 구성.
• 반자성체 내 자성파 모드가 인력적 전자-전자 상호작용의 매개체로 작용하는지 분석.
• 정상 금속이 두 반자성 하위격자 중 하나에만 연결되는 방식으로 서브그리드 비대칭 결합을 도입.
• 쌍결합 상호작용 강도의 증대를 설명하기 위해 압축된 보존 고유모드 개념을 적용.
• 실제 물성 매개변수를 사용하여 초전도 상태에서의 임계온도를 계산.
• 자성파 스펙트럼 함수와 인터페이스 결합 강도로부터 효과적 쌍결합 상호작용을 유도.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 두 하위격자 반자성체에서 서브그리드 비대칭 결합이 인접한 정상 금속 내 자성파를 통한 초전도성을 증대시킬 수 있는가?
• RQ2 인터페이스 결합의 서브그리드 비대칭 정도가 유도된 p파 스핀트리플렛 초전도 상태의 임계온도에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 향상의 물리적 기원은 무엇이며, 이를 압축된 보존 모드 개념으로 설명할 수 있는가?
• RQ4 서브그리드 비대칭 결합 하에서 현실적인 물성 매개변수로 인해 임계온도가 1 K 이상으로 크게 상승할 수 있는가?
• RQ5 일반적인 인터페이스 결함이나 약한 결합에 대해 이 향상 효과는 견고한가?

주요 결과

• 정상 금속이 반자성 하위격자 중 하나에만 연결되는 서브그리드 비대칭 결합은 초전도 임계온도의 상당한 향상을 이끈다.
• 이 향상은 압축된 자성파 고유모드의 형성에 기인하며, 이는 효과적 전자 쌍결합 상호작용을 증폭시킨다.
• 실제 물성 매개변수 하에서, 임계온도는 근처 0 K에서 강한 서브그리드 비대칭 상태에서 1 K 이상으로 증가한다.
• 이 메커니즘은 인터페이스 스핀 교환 상호작용을 통해 자성파 교환을 통해 정상 금속 내 p파 스핀트리플렛 초전도성을 유도한다.
• 임계온도 향상은 결합 강도의 서브그리드 비대칭 정도와 직접적으로 연결되어 있으며, 이는 견고하다.
• 압축된 보존 모드 기반의 물리적 그림은 관련 이종구조 내 초전도성 향상에 일반적인 프레임워크를 제공한다.