[论文解读] Revisitation of superconductivity in K$_2$Cr$_3$As$_3$ based on the six-band model

Lida Zhang, Xianxin Wu+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 1, 2015

Iron-based superconductors research被引用 5

一句话总结

本研究采用六带紧束缚模型，对K₂Cr₃As₃中的超导性进行了重新评估，基于哈伯德-洪德哈密顿量应用随机相位近似（RPA）。结果表明，在弱洪德耦合区域，三重态$p_z$-波配对占主导地位；而在强耦合极限下，$f_{y^3-3x^2y}$-波配对出现，但对实际参数而言，$p_z$-波配对仍为首选对称性，表明该三重态配对具有鲁棒性且与模型无关。

ABSTRACT

We investigate the pairing symmetry of the newly synthesized quasi-one-dimension K$_2$Cr$_3$As$_3$ superconductor based on the six-band model. We adopt standard random-phase-approximation to study the Hubbard-Hund model of the system. Our results confirm the conclusions obtained from our previous three-band model: the triplet $p_z$ and $f_{y^3-3x^2y}$ wave pairings serve as the leading pairing symmetries in the weak and strong Hund's rule coupling regimes, respectively. For physically realistic parameters, the triplet $p_z$-wave pairing driven by ferromagnetic fluctuations is the leading pairing symmetry of the system. The consistency between the results of these two models suggests that the obtained $p_z$-wave pairing symmetry is physical and model-independent.

研究动机与目标

• 采用更完整的六带紧束缚模型，研究K₂Cr₃As₃的配对对称性，以弥补先前三带模型的局限性。
• 确定先前报道的$p_z$-波配对对称性是否依赖于模型，还是在不同能带表示下均具有鲁棒性。
• 研究洪德耦合与原子内库仑排斥在稳定不同配对通道中的作用。
• 比较六带模型中不同费米面片上的超导能隙结构与配对强度。
• 验证在更精确的能带结构框架下，$p_z$-波配对对称性在物理上合理的参数条件下是否仍占主导地位。

提出的方法

• 基于A与B亚晶格上铬原子的完整轨道组成，构建六带紧束缚模型，改进了仅包含B亚晶格的先前三带模型。
• 构建包含原子内库仑排斥（U）与洪德耦合（J_H）的哈伯德-洪德哈密顿量，以描述3d轨道中的电子关联。
• 应用随机相位近似（RPA）求解BCS型间隙方程，并计算超导配对敏感度。
• 计算自旋敏感度以识别主导自旋涨落，发现在Γ点出现峰值，表明存在铁磁自旋涨落。
• 在$U$-$J_H/U$参数空间中绘制基态相图，以识别超导序与自旋密度波（SDW）序的区域。
• 分析不同费米面片（α、β、γ）上间隙函数的空间与轨道特征，以确定主导配对通道。

实验结果

研究问题

• RQ1 当采用包含两个亚晶格的更完整六带模型时，三带模型中观察到的三重态$p_z$-波配对对称性是否依然存在？
• RQ2 同时包含两个亚晶格后，对竞争配对对称性的相对强度与轨道特征有何影响？
• RQ3 在强耦合区域，洪德耦合在决定主导配对通道中的作用是什么？
• RQ4 与三带模型相比，六带模型中不同费米面片上的超导能隙函数如何分布？
• RQ5 该$p_z$-波配对对称性是否对模型变化具有鲁棒性，表明其为物理结果而非人为构造？

主要发现

• 六带模型证实，在弱洪德耦合区域，三重态$p_z$-波配对为首选对称性，与三带模型结果一致。
• 在强洪德耦合区域，$f_{y^3-3x^2y}$-波配对成为主导，但对物理上合理的参数而言，其强度仍弱于$p_z$-波配对。
• 超导配对强度在三维费米面片（β与γ）上最强，其中γ面片的配对尤为显著，这与三带模型中β面片占主导的情况不同。
• 六带模型中，铁磁自旋密度波序的临界$U_c$显著高于三带模型，表明磁序受到更强抑制。
• 当$U$趋近于$U_c$时，最大的配对本征值发散，证实强耦合区域存在向超导态的不稳定性。
• 六带模型中的$p_z$-波配对间隙函数在准一维与三维费米面片上均表现出显著振幅，与三带模型中仅局域于单一Q1D面片的情况不同。