[论文解读] Phase stiffness in flat-band superconductors with nodal pairing

A. Yu. Zyuzin, A. Yu. Zyuzin|arXiv (Cornell University)|Mar 12, 2026

Iron-based superconductors research被引用 0

一句话总结

这篇论文分析了一个包含动量相关的跨带混杂的两带模型，其中一个发散带和一个平带之间存在混合，显示出平带准粒子谱中的抛物线形节点，导致低温下超导相刚度的平方温度依赖，并讨论了无序的影响。

ABSTRACT

We study Bogoliubov quasiparticle spectrum in a two-band system with momentum-dependent hybridization between a dispersive band and a flat band. The interplay between the interband mixing and intraband Cooper pairing may give rise to a parabolic node in the spectrum of flat band quasiparticles, resulting in a quadratic temperature dependence of the superconducting phase stiffness at low temperatures. We also comment that nonmagnetic disorder induces Machida-Shibata deep subgap resonances suggesting the sensitivity of flat-band superconductivity to disorder.

研究动机与目标

• 在平带系统中配对与相相干处于不同尺度时，激发对超导的理解。
• 构建一个最小的两带模型，具有动量相关的跨带混杂，使平带与分散带之间存在一个带隙分离。
• 分析准粒子谱并确定在平带部分出现抛物线形节点结构的条件。
• 在存在非对称能隙函数的情况下，计算超导相刚度及其温度依赖。

提出的方法

• 对带间带动量相关混杂的两带哈密顿量进行对角化，获得色散关系。
• 在自旋单重态、带分裂轨道通道中，以Δ1和Δ2作为带内配对隙，建立BdG哈密顿量。
• 在电荷中性和非对称隙情形下推导准粒子谱，突出抛物线节点。
• 从Nambu空间的Matsubara格林函数计算超导电流和相刚度D。
• 得到D关于T和Δ2的解析表达式，并讨论D在极限情形下呈现平方温度依赖的情形。

Figure 1: Plot of the band dispersion $\epsilon_{{\bm{k}}}$ in Eq. ( 4 ), normalized by $\eta$ for different values of the parameter $2mv^{2}/\eta=0,0.1,0.9$ . As this parameter increases, the lower band flattens.

实验结果

研究问题

• RQ1 动量相关的跨带混杂是否会在平带准粒子谱中产生节点？
• RQ2 在具有节点配对的近乎平带超导体中，低温时D(T)的行为如何？
• RQ3 Δ1 ≠ Δ2 的能隙不对称性对平带准粒子谱和相刚度有何影响？
• RQ4 非磁性杂质如何影响子隙态以及该平带模型中超导性的稳定性？

主要发现

• 由于跨带混合和配对，平带准粒子谱中可以出现抛物线形节点结构。
• 当下平带谱具有抛物线节点时，低温下的相刚度D呈现平方温度依赖。
• 在对称情况下Δ1 = Δ2时，平带完全有隙，且在T ≪ |Δ2|时D呈指数级抑制。
• 在非对称Δ1 ≠ 0, Δ2 = 0（或反之）的极限下出现节点，D的温度尺度与节点的存在相关联。
• 在小T和Δ2时，D ≈ |Δ2|^2/(24πT)且在极低温时D ≈ |Δ2|/(8π)，并含有一个修正项，指示在适当区域内相刚度随能隙线性关系变化。
• 使用受BKT启发的界限估算，T_BKT 被估算为 (π/2)D，其中在T_BKT处对D进行评估，得到 T_BKT/|Δ2| ≈ 1/16 作为上界。

Figure 2: Plot of the lower band dispersion in Eq. ( 22 ), $E_{{\bm{k}},-}$ , normalized by $\eta$ as a function of $\lambda k$ for different values of the parameters: dashed curves correspond to the $\pi$ -shift case $\Delta_{1}=-\Delta_{2}=0.3\eta$ ; the curves that vanish at the origin correspond