[论文解读] Evening out the spin and charge parity to increase T$_c$ in unconventional superconductors

Swagata Acharya, Dimitar Pashov+4 more|arXiv (Cornell University)|Nov 13, 2018

Advanced Condensed Matter Physics被引用 3

一句话总结

本研究提出一种通过单轴应变调控自旋和电荷涨落，以增强非传统超导体T$_c$的新型机制。采用*ab initio* GW+DMFT方法，结果表明应变抑制了三重态配对，同时通过同号通道中自旋与电荷涨落的协同作用增强了单重态分量，从而在Sr$_2$RuO$_4$中提高了T$_c$。

ABSTRACT

Unconventional superconductivity in Sr$_{2}$RuO$_{4}$ has been intensively studied for decades. The origin and nature of the pairing continues to be widely debated, in particular, the possibility of a triplet origin of Cooper pairs. However, complexity of Sr$_{2}$RuO$_{4}$ with multiple low-energy scales, involving subtle interplay among spin, charge and orbital degrees of freedom, calls for advanced theoretical approaches which treat on equal footing all electronic effects. Here we develop a novel approach, a detailed \emph{ab initio} theory, coupling quasiparticle self-consistent \emph{GW} approximation with dynamical mean field theory (DMFT), including both local and non-local correlations. We report that the superconducting instability has multiple triplet and singlet components. In the unstrained case the triplet eigenvalues are larger than the singlets. Under uniaxial strain, the triplet eigenvalues drop rapidly and the singlet components increase. This is concomitant with our observation of spin and charge fluctuations shifting closer to wave-vectors favoring singlet pairing in the Brillouin zone. We identify a complex mechanism where charge fluctuations and spin fluctuations co-operate in the even-parity channel under strain leading to increment in $T_c$, thus proposing a novel mechanism for pushing the frontier of $T_c$ in unconventional `triplet' superconductors.

研究动机与目标

• 为解决Sr$_2$RuO$_4$中配对对称性的长期争议，特别是库珀对的性质。
• 解决非传统超导体中自旋、电荷和轨道自由度之间复杂相互作用的问题。
• 建立一个统一的理论框架，使局域与非局域关联在同等基础上得到处理。
• 研究外部应变如何改变超导配对通道并增强T$_c$。

提出的方法

• 采用准粒子自洽*GW*近似，精确描述电子能带结构和屏蔽效应。
• 将*GW*与动态平均场理论（DMFT）结合，以同时包含局域与非局域电子关联效应。
• 利用所得的*ab initio*电子结构，通过抛物线动力学顶点近似计算超导配对不稳定性。
• 分析在单轴应变作用下，不同对称性通道（单重态与三重态）的配对本征值演化。
• 追踪布里渊区内自旋与电荷涨落波矢的变化，以识别配对对称性的改变。
• 评估应变下同号通道中自旋与电荷涨落之间的相互作用，以识别T$_c$增强的新机制。

实验结果

研究问题

• RQ1 单轴应变如何影响Sr$_2$RuO$_4$中单重态与三重态配对通道的相对稳定性？
• RQ2 在应变作用下，自旋与电荷涨落在驱动超导配对中起什么作用？
• RQ3 同号通道中自旋与电荷涨落的协同效应是否能增强T$_c$？
• RQ4 自旋与电荷涨落的波矢在应变下如何演化，其对配对对称性有何影响？
• RQ5 观察到的T$_c$增加的根源是什么，其与三重态主导性的破缺有何关联？

主要发现

• 在无应变状态下，三重态配对本征值高于单重态配对，支持三重态配对占主导的态。
• 在单轴应变作用下，三重态本征值迅速降低，而单重态分量显著增加。
• 自旋与电荷涨落的波矢在应变下向布里渊区内更有利于同号（单重态）配对的波矢移动。
• 在同号通道中，自旋与电荷涨落的协同机制被识别为T$_c$增强的驱动力。
• 本研究揭示了一条通过工程化应变促进同号配对的涨落汇聚，从而在非传统超导体中提高T$_c$的新途径。
• *ab initio* GW+DMFT框架成功捕捉了多种电子自由度的相互作用，实现了对配对演化过程的定量预测。