[论文解读] Response of a $d_{x^2-y^2}$ Superconductor to a Zeeman Magnetic Field

Kun Yang, S. L. Sondhi|arXiv (Cornell University)|Jun 14, 1997

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用 8

一句话总结

本文研究了二维 d_{x^2-y^2} 超导体在仅与电子自旋耦合的 Zeeman 磁场下的响应。与 s 波超导体不同，d 波态在小磁场下由于能隙节点的展宽而发展出自旋极化的正常口袋，这在平面内磁场下的铜氧化物中提供了独特的检测特征。

ABSTRACT

We study the response of a two dimensional $d_{x^2-y^2}$ superconductor to a magnetic field that couples only to the spins of the electrons. In contrast to the s-wave case, the $d_{x^2-y^2}$ state is modified even at small magnetic fields, with the gap nodes widening into normal, spin polarized, pockets. We discuss the promising prospects for observing this in the cuprate superconductors in fields parallel to the Cu-O planes. We also discuss the phase diagram, inclusive of a finite momentum pairing state with a novel linkage between the momentum of the pairs and the nodes of the relative wave function.

研究动机与目标

• 理解仅与电子自旋耦合的 Zeeman 磁场如何影响 d_{x^2-y^2} 超导体的电子结构。
• 识别该响应中可区分 d 波与 s 波超导体的独特特征。
• 探讨有限动量配对态的出现及其与序参量节点结构的关联。
• 评估在平面内磁场下观测这些效应在铜氧化物超导体中的可行性。
• 修正并完善 d 波超导体中 FFLO 态的相图。

提出的方法

• 基于 d_{x^2-y^2} 超导体在 Zeeman 场下的 Bogoliubov-de Gennes 方程形式化方法。
• 分析在低磁场下诱导的自旋分裂对超导能隙函数的影响，尤其关注低场区域。
• 计算修正后的能隙结构，显示节点展宽为自旋极化的正常口袋。
• 采用平均场理论研究相图，包括正常态与 FFLO 态边界的确定。
• 引入有限动量配对态及其与节点波函数对称性的关联。
• 修正早期关于 FFLO 相边界计算的错误，更新相图与图 2。

实验结果

研究问题

• RQ1 仅与自旋耦合的 Zeeman 场如何改变 d_{x^2-y^2} 超导体的超导能隙结构？
• RQ2 由于自旋极化的正常口袋，在电子能谱中会涌现出何种可观测特征？
• RQ3 在相同 Zeeman 场下，d 波超导体的响应与 s 波超导体有何不同？
• RQ4 d_{x^2-y^2} 超导体中正常态与 FFLO 态之间的正确相边界是什么？
• RQ5 在有限动量配对态中，库珀对的动量如何与相对波函数的节点结构相关联？

主要发现

• 在小 Zeeman 场下，d_{x^2-y^2} 超导体由于能隙节点的展宽而发展出自旋极化的正常口袋。
• 该响应与 s 波超导体有定性差异，后者在低场下无此类效应。
• 正常态与 FFLO 态之间的相边界已修正，图 2 已根据新计算结果更新。
• 有限动量配对态出现，并展现出配对动量与相对波函数节点结构之间新颖的关联。
• 结果表明，在平面内磁场下，该效应在铜氧化物超导体中存在有前景的实验探测路径。
• 尽管 FFLO 边界已修正，弱场响应的定性行为保持不变。