[论文解读] Quasiparticle-Phonon Coupling Mediated Superconducting Dome in MoS2 and TiSe2

Tanmoy Das, Kapildeb Dolui|arXiv (Cornell University)|Nov 12, 2014

Iron-based superconductors research被引用 1

一句话总结

本研究提出了一种基于第一性原理的动量分辨密度涨落（MRDF）模型，该模型自洽地包含了电子-电子相互作用和电子-声子相互作用，以解释MoS2和TiSe2中的超导穹峰行为。结果表明，电子-电子关联会抑制高掺杂下的电子-声子耦合和Tc，从而解决了仅考虑电子-声子耦合时Tc被高估的问题。

ABSTRACT

We use a first-principles based self-consistent momentum-resolved density fluctuation (MRDF) model to compute the combined effects of electron-electron and electron-phonon interactions to describe the superconducting dome in the correlated MoS2 thin flake and TiSe2. We find that without including the electron-electron interaction, the electron-phonon coupling and the superconducting transition temperature (Tc) are overestimated in both these materials. However, once the full angular and dynamical fluctuations of the spin and charge density induced quasiparticle self-energy effects are included, the electron-phonon coupling and Tc are reduced to the experimental value. With doping, both electronic correlation and electron-phonon coupling grows, and above some doping value, the former becomes so large that it starts to reduce the quasiparticle-phonon coupling constant and Tc, creating a superconducting dome, in agreement with experiments.

研究动机与目标

• 解决MoS2和TiSe2中理论预测与实验观测的超导转变温度（Tc）之间的差异。
• 研究电子-电子相互作用在高掺杂水平下对抑制电子-声子耦合和Tc的作用。
• 构建一个自洽框架，以捕捉关联超导体中自旋和电荷密度涨落的特性。
• 解释实验观测到的超导穹峰——即中等掺杂下Tc达到峰值——的起源。

提出的方法

• 采用基于第一性原理的自洽动量分辨密度涨落（MRDF）模型，计算电子-电子和电子-声子相互作用。
• 在准粒子自能中包含自旋和电荷密度的完整角度依赖性和动力学涨落。
• 计算作为掺杂浓度函数的准粒子-声子耦合常数和Tc。
• 自洽地耦合电子-电子和电子-声子相互作用，以避免Tc被高估。
• 使用从头算输入，以模拟MoS2和TiSe2中真实的电子结构和声子模式。
• 通过平衡电子-声子耦合的增强和电子关联的增强，追踪Tc随掺杂的变化。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何在MoS2和TiSe2中仅考虑电子-声子耦合时，超导转变温度（Tc）会被高估？
• RQ2 电子-电子相互作用如何改变这些关联材料中有效准粒子-声子耦合和Tc？
• RQ3 动量分辨且具有动力学特性的自旋和电荷密度涨落在塑造超导穹峰中起到什么作用？
• RQ4 电子关联在何种掺杂水平下开始抑制超导转变温度？
• RQ5 电子-声子耦合与电子-电子关联之间的相互作用如何导致Tc曲线呈现穹峰形状？

主要发现

• 若不包含电子-电子相互作用，将导致MoS2和TiSe2中电子-声子耦合和超导转变温度（Tc）被高估。
• 在准粒子自能中包含自旋和电荷密度的完整角度和动力学涨落，可使预测的Tc降低至与实验值一致。
• 随着掺杂浓度增加，电子-声子耦合和电子关联均增强，但后者最终会抑制有效准粒子-声子耦合。
• 电子-声子耦合增强与电子关联增强之间的竞争，导致Tc在中等掺杂下达到峰值，形成超导穹峰。
• 该模型成功再现了MoS2和TiSe2中实验观测到的Tc随掺杂浓度变化的穹峰依赖关系。
• 包含电子-电子相互作用对于定量描述高掺杂下Tc的抑制至关重要。