[论文解读] Notes on altermagnetism and superconductivity

I. I. Mazin|arXiv (Cornell University)|Mar 9, 2022

Geomagnetism and Paleomagnetism Studies被引用 12

一句话总结

本文研究了反铁磁性与超导性的相互作用，表明由于自旋对称分裂的费米面，反铁磁体支持具有nematic序的单位态三重态超导，这与铁磁体不同。关键结果是反铁磁体表现出独特的超导行为——兼具铁磁体（三重态配对）和反铁磁体（净磁矩为零）的特性，同时通过磁各向异性保持了泡利保护。

ABSTRACT

A brief discussion of possible interplay between altermagnetism (a third type of collinear magnetism, besides ferro- and antiferromagnetism), and superconductivity.

研究动机与目标

• 理解反铁磁性这一新型共线磁体类别如何影响超导配对对称性。
• 确定反铁磁体是否能支持类似于铁磁体或反铁磁体的超导性，或表现出独特行为。
• 分析对称性在稳定反铁磁体中单位态三重态超导性中的作用。
• 探索反铁磁体-超导体界面处自旋极化Andreev反射的潜力。
• 研究反铁磁自旋涨落是否能介导非传统超导性。

提出的方法

• 使用标准三重态配对表示 Δαβ = [−dx+idy, dz; dz, dx+idy] 分析反铁磁体中的旋量序参量结构。
• 应用群论与点群对称性，确定允许的超导态，特别关注四次对称系统。
• 从Cooper配对与对称性约束的角度，比较反铁磁体与铁磁体、反铁磁体的行为。
• 评估自旋-轨道耦合与磁各向异性对超导稳定性及泡利极限的影响。
• 研究常规超导体与反铁磁体之间的界面，重点关注Andreev反射与自旋依赖电导。

实验结果

研究问题

• RQ1 反铁磁体能否支持三重态超导性？若能，序参量表现出何种对称性？
• RQ2 反铁磁体中净磁矩的缺失如何影响其与铁磁体相比的超导配对行为？
• RQ3 点群对称性在反铁磁体中如何解除自旋向上与自旋向下的序参量简并？
• RQ4 反铁磁自旋涨落能否介导非传统超导性？若能，出现何种配对对称性？
• RQ5 反铁磁体与常规超导体界面如何影响Andreev反射与自旋极化？

主要发现

• 反铁磁体支持具有nematic序的单位态三重态超导态，其平均序参量为 d = kzF(k)ˆx，这是由于对称性导致的 F1 = F2。
• 该超导态严格为单位态且非自旋极化，尽管存在三重态配对，这使其与传统铁磁超导体相区别。
• 该系统表现出类似铁磁体的泡利保护，但无需自旋-轨道耦合，而是依赖于磁各向异性。
• 在某些界面取向（如(110)）下，相反自旋的费米面投影对称，导致Andreev反射无抑制，与铁磁体不同。
• 相比之下，在其他取向如(100)下，电导通道呈现自旋不对称，导致Andreev反射被抑制，展现出铁磁体/反铁磁体双重特性。
• 反铁磁自旋涨落可介导超导性，当 Δ(k)·Δ(k+q) < 0 时可能发生配对，类似于铁基与铜氧化物超导体中的反铁磁涨落。