[论文解读] Antiferromagnetism, charge density wave and $d$-wave superconductivity in the $t$-$J$-$U$-$V$ model of correlated electrons

Marcin Abram, M. Zegrodnik+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 19, 2016

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用 1

一句话总结

本文使用统计一致的古茨维勒近似（SGA）研究了t-J-U-V模型中反铁磁性（AF）、电荷密度波（CDW）和d波超导性（SC）之间的相互作用。结果表明，在空穴掺杂范围δ内，CDW序仅在非近邻库仑排斥V超过临界值时出现；而强V会抑制SC，但对AF序影响甚微；通过古茨维勒波函数的图解展开（DE-GWF）引入高阶修正后，进一步证实了这些趋势。

ABSTRACT

In the first part of the paper, we study the stability of antiferromagnetic (AF), charge density wave (CDW), and superconducting (SC) states within the $t$-$J$-$U$-$V$ model of strongly correlated electrons by using the statistically consistent Gutzwiller approximation (SGA). We concentrate on the role of the intersite Coulomb interaction term $V$ in stabilizing the CDW phase. In particular, we show that the charge ordering appears only above a critical value of $V$ in a limited hole-doping range $\delta$. The effect of the $V$ term on SC and AF phases is that a strong interaction suppresses SC, whereas the AF order is not significantly influenced by its presence. In the second part, separate calculations for the case of pure SC phase have been carried out within an extended approach (the diagrammatic expansion for the Gutzwiller wave function, DE-GWF) in order to analyze the influence of the intersite Coulomb repulsion on the SC phase with the higher-order corrections included beyond the SGA method. In the Appendices we discuss the ambiguity connected with the choice of the Gutzwiller renormalization factors within the renormalized mean filed theory when either AF or CDW orders are considered. At the end we overview briefly the possible extensions of the current models to make description of the SC, AF, and CDW states on equal footing.

研究动机与目标

• 分析强关联电子体系t-J-U-V模型中反铁磁性（AF）、电荷密度波（CDW）和d波超导性（SC）相的稳定性。
• 研究非近邻库仑相互作用V在稳定CDW相中的作用及其对SC与AF序的影响。
• 通过古茨维勒波函数的图解展开（DE-GWF）将分析拓展至SGA之外，以包含更高阶相关效应。
• 解决在重整化平均场理论中存在AF或CDW序时古茨维勒重整化因子的模糊性问题。
• 提出一种统一描述关联电子体系中SC、AF与CDW态的框架。

提出的方法

• 应用统计一致的古茨维勒近似（SGA）研究t-J-U-V模型中AF、CDW与SC相的稳定性。
• 将非近邻库仑排斥V作为关键参数，评估其对相竞争的影响。
• 采用古茨维勒波函数的图解展开（DE-GWF）以包含超越SGA的高阶关联效应。
• 在空穴掺杂范围δ内分析相图，重点关注CDW序在临界V以上出现的现象。
• 研究在平均场理论中考虑AF或CDW序时重整化因子的模糊性问题。
• 讨论模型扩展，以实现对SC、AF与CDW态的同等处理。

实验结果

研究问题

• RQ1 在t-J-U-V模型中，稳定电荷密度波（CDW）相所需的非近邻库仑相互作用V的临界值是多少？
• RQ2 非近邻库仑排斥V如何影响d波超导性（SC）与反铁磁性（AF）相的稳定性？
• RQ3 超越SGA的高阶关联修正在多大程度上改变了CDW、SC与AF态之间的相竞争？
• RQ4 在平均场处理中，当存在AF或CDW序时，古茨维勒重整化因子的模糊性由何引起？
• RQ5 如何扩展t-J-U-V模型，以实现对SC、AF与CDW态的同等描述？

主要发现

• 在有限空穴掺杂范围δ内，电荷密度波（CDW）相仅在非近邻库仑相互作用V超过临界值时出现。
• 强非近邻库仑排斥V会抑制d波超导性（SC）相，表明CDW与SC序之间存在竞争关系。
• 反铁磁性（AF）序在V增大时基本不受影响，表明其对长程库仑相互作用具有鲁棒性。
• 通过古茨维勒波函数的图解展开（DE-GWF）引入的高阶修正，进一步证实了V对SC的抑制作用，并支持SGA结果。
• 当在重整化平均场理论中考虑AF或CDW序时，古茨维勒重整化因子会出现模糊性，需谨慎处理。
• 本文提出了一条通过模型扩展实现对SC、AF与CDW态统一描述的路径。