[论文解读] Comment on Phys. Rev. B 83, 054515 (2011) by V. G. Kogan and J. Schmalian and comment on their reply Phys. Rev. B 86, 016502 (2012)

Egor Babaev, М. А. Силаев|ScholarWorks@UMassAmherst (University of Massachusetts Amherst)|May 18, 2011

Rare-earth and actinide compounds被引用 17

一句话总结

本文挑战了Kogan与Schmalian于2011年在Phys. Rev. B上发表的论文中的论断，该论文认为两带超导体无法表现出1.5型超导性，理由是两组分吉茨堡-朗道（TCGL）理论存在缺陷。本文证明TCGL模型是有效的，相干长度差异具有物理意义，且1.5型超导性——以ξ₁ < √2λ < ξ₂为特征——不仅可能实现，且与吉茨堡-朗道理论一致。关键结论是，原论文的结论基于错误假设与有缺陷的约化方案。

ABSTRACT

The recent paper by V. G. Kogan and J. Schmalian Phys. Rev. B 83, 054515 (2011) argues that the widely used two-component Ginzburg-Landau (GL) models are not correct, and further concludes that in the regime which is described by a GL theory there could be no disparity in the coherence lengths of two superconducting components. This would in particular imply that (in contrast to $U(1) imes U(1)$ superconductors), there could be no "type-1.5" superconducting regime in U(1) multiband systems for any finite interband coupling strength. We point out that these claims are incorrect and based on an erroneous scheme of reduction of a two-component GL theory. We also attach a separate rejoinder on reply by Kogan and Schmalian. In their reply Phys. Rev. B 86, 016502 (2012) to our comment Phys. Rev. B 86, 016501 (2012) Kogan and Schmalian did not refute or, indeed, discuss the main points of criticism in the comment. Unfortunately they instead advance new incorrect claims regarding two-band and type-1.5 superconductivity. The main purpose of the attached rejoinder is to discuss these new incorrect claims.

研究动机与目标

• 纠正Kogan与Schmalian于2011年论文中的根本性错误，该文错误地否定了两组分吉茨堡-朗道（TCGL）理论在两带超导体中的有效性。
• 阐明U(1)×U(1)与U(1)多带系统之间的区别，表明前者的物理规律不适用于后者。
• 证明TCGL展开在形式上是合理的，并能正确描述相干长度差异与1.5型超导性。
• 反驳认为在吉茨堡-朗道区域相位锁定或相位比均匀会排除分数涡旋或Leggett模的论断。
• 确立1.5型区域并非κ ≈ 1/√2附近微观修正的产物，而是一种独立的多组分现象。

提出的方法

• 分析原Kogan与Schmalian论文中使用的有缺陷的约化方案，表明其假设在吉茨堡-朗道极限下相干长度必须相同是无效的。
• 通过在能隙振幅与空间梯度上的多参数展开，重建正确的TCGL框架，该方法与已确立的场论原理一致。
• 运用对称性论证表明，U(1)两带超导体在吉茨堡-朗道区域并不要求相位锁定，从而反驳原论文的假设。
• 利用原模型方程中缺乏带间隧穿项的事实，证明该系统无法支持Leggett模，尽管原论文有相反主张。
• 将吉茨堡-朗道理论的预测与微观理论（Silaev等人）的结果进行比较，显示一致性，从而验证TCGL方法的有效性。
• 证明1.5型区域源于竞争的相干长度ξ₁与ξ₂，且满足ξ₁ < √2λ < ξ₂，而非源于κ ≈ 1/√2附近的单组分效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 两组分吉茨堡-朗道理论是否对具有不同相干长度的两带超导体无效？
• RQ2 在具有有限带间耦合的U(1)多带系统中，1.5型超导性是否可能实现？
• RQ3 为何原论文声称Δ₁/Δ₂ = 常数在所有温度下成立，与TCGL方程的结构相矛盾？
• RQ4 若原模型中缺乏相位锁定项，吉茨堡-朗道区域如何描述序参量之间的相位差？
• RQ5 单组分超导体在κ ≈ 1/√2附近出现的涡旋吸引效应，是否等同于两带系统中的1.5型行为？

主要发现

• 两组分吉茨堡-朗道模型在形式上是合理且适用于两带超导体的，与原论文的论断相反。
• 在吉茨堡-朗道极限下相干长度必须相等的假设是错误的；该理论自然允许ξ₁ ≠ ξ₂，从而支持1.5型区域的存在。
• 1.5型超导态——以ξ₁ < √2λ < ξ₂为特征——在物理上可实现，且不被吉茨堡-朗道理论所排除。
• 原论文声称在吉茨堡区域存在相位锁定，这一论断无效，因为其模型方程中缺乏带间耦合项。
• 原模型中不存在Leggett模并非矛盾，因为该模型未包含实现此类模态所必需的带间隧穿项。
• 单组分超导体在κ ≈ 1/√2附近出现的涡旋吸引效应，与1.5型行为本质上不同，后者源于多组分竞争，而非微观修正。