[论文解读] Interaction Effects on Quasiparticle Localization in Dirty Superconductors

M. S. Jeng, Arne Ludwig+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 4, 2001

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用 3

一句话总结

本文研究了时间反演对称性破缺的脏超导体中准粒子局域化问题，通过重整化群方法聚焦于相互作用效应。结果表明，在二维D类超导体（同时缺乏自旋旋转对称性和时间反演对称性）中，准粒子相互作用是无关的，即使存在无序和相互作用，也能稳定金属相。

ABSTRACT

We study how quasiparticle interactions affect their localization properties in dirty superconductors with broken time reversal symmetry -- for example in a magnetic field. For SU(2) spin-rotation invariant (class C) systems, the only important coupling is the spin-spin triplet interaction, which we study within a renormalization group approach. Either an additional Zeeman coupling or a complete breaking of spin rotation symmetry renders all interactions irrelevant. These two situations realize, respectively, the non-interacting unitary Anderson and the ``thermal'' (class D) universality class. Our results imply a stable metallic phase in 2D for class D. Experimental implications are discussed.

研究动机与目标

• 理解准粒子相互作用如何影响时间反演对称性破缺的脏超导体中的局域化行为。
• 确定相互作用效应是否改变无序超导体中热金属-绝缘体相变的普适性类。
• 确定相互作用变得无关的物理条件，从而能够清晰观测局域化相变。
• 评估在无序和相互作用共同作用下，二维超导体中金属相的稳定性。
• 阐明在重整化群框架下，自旋三重态相互作用与Zeeman耦合在决定相互作用相关性中的作用。

提出的方法

• 应用重整化群（R.G.）方法，分析时间反演对称性破缺的脏超导体中准粒子局域化的稳定性。
• 聚焦于SU(2)自旋旋转对称性保持的（D类）情形，其中主要相互作用为自旋-自旋三重态，并通过一阶环R.G.方程评估其相关性。
• 分析自旋旋转对称性完全破缺的情形（D类），表明由于扩散模式矩阵中缺乏自旋指标，所有Finkelstein型相互作用项均消失。
• 使用复制技巧和非线性σ模型形式化，推导出在无序和相互作用存在下准粒子输运的有效场论。
• 利用一阶环结果计算自旋和热导率修正，通过参数$U_{tz}$引入相互作用效应。
• 通过R.G.流评估可重整化性及长程相互作用的潜在生成，结论为短程相互作用不会生成此类项。

实验结果

研究问题

• RQ1 在时间反演对称性破缺的二维脏超导体中，准粒子相互作用是否对热金属-绝缘体相变具有相关性？
• RQ2 自旋三重态相互作用的存在如何影响D类超导体中的局域化特性？
• RQ3 Zeeman耦合与自旋-轨道散射在决定相变普适性类中的作用是什么？
• RQ4 当无序和相互作用同时存在于超导体中时，二维金属相是否仍能存在？
• RQ5 在这些体系中，短程准粒子相互作用在重整化群流下是否会生成长程项？

主要发现

• 在二维D类超导体（同时缺乏自旋旋转对称性和时间反演对称性）中，准粒子相互作用是无关的，从而稳定了金属相。
• 自旋旋转对称性的缺失消除了所有Finkelstein型相互作用项，因为扩散模式矩阵缺乏自旋指标，且反称性抑制了相互作用项。
• 对于D类体系，自旋三重态相互作用$U_{tz}$在非相互作用固定点处为一阶环阶的临界，需通过高阶环分析以确定其相关性。
• 在D类中，热导率和自旋导率不受相互作用影响，且即使在强相互作用下金属相仍保持稳定。
• 一阶环自旋导率表达式表明，排斥型三重态相互作用会减小弱局域化修正，而吸引型相互作用则会增强该修正。
• 该结果意味着D类三维热金属-绝缘体相变同样不受相互作用影响，与无边际相互作用项的存在一致。