[论文解读] Spin-singlet and spin-triplet pairing correlations in antiferromagnetically coupled Kondo systems

Haoyu Hu, Ang Cai+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 27, 2021

Rare-earth and actinide compounds参考文献 40被引用 4

一句话总结

本研究通过在簇态玻色-费米安德森模型中采用非微扰连续时间量子蒙特卡罗（CT-QMC）模拟，探究了反铁磁耦合Kondo系统中的自旋单重态与自旋三重态配对关联。研究识别出Kondo破坏量子临界点，在SU(2)对称系统中自旋单重态配对显著增强，而实际的伊辛各向异性使自旋三重态（S^z=0）配对具有竞争力，为YbRh2Si2中磁场诱导的自旋三重态超导性提供了微观解释。

ABSTRACT

Recent experiments in quantum critical heavy fermion metals have pushed to the fore the question about whether antiferromagnetic fluctuations can promote both spin-singlet and spin-triplet superconductivity. Here we address the issue through non-perturbative calculations in antiferromagnetically correlated Kondo systems. We identify Kondo-destruction quantum critical points in both the SU(2) symmetric and Ising-anisotropic cluster Bose-Fermi Anderson models. The spin-singlet pairing correlations are significantly enhanced near the quantum critical point in the SU(2) case; however, with adequate but still realistic degree of Ising anisotropy, the spin-triplet pairing correlations are competitive. Our results demonstrate that spin-flip processes strengthen the spin-singlet pairing at the Kondo-destruction quantum critical points, and point towards a way for antiferromagnetic correlations to drive spin-triplet pairing. Further implications of our findings in the broader context of strongly correlated superconductivity are discussed.

研究动机与目标

• 理解反铁磁涨落是否能在量子临界Kondo系统中同时促进自旋单重态与自旋三重态超导性。
• 研究自旋各向异性在Kondo破坏量子临界点附近决定单重态与三重态配对主导性的角色。
• 为YbRh2Si2在量子临界点附近新观测到的磁场诱导自旋三重态超导相提供微观解释。
• 通过在簇态BFAM中引入自旋翻转过程与有限伊辛各向异性，将研究拓展至非Landau型量子临界性模型。
• 确定在强关联Kondo系统中自旋三重态配对成为竞争或主导的条件。

提出的方法

• 采用杂化、横向交换和玻色子耦合三重展开的非微扰连续时间量子蒙特卡罗（CT-QMC）模拟。
• 使用簇态玻色-费米安德森模型（BFAM）模拟具有RKKY相互作用和动力学磁涨落的反铁磁Kondo系统。
• 在多杂质系统中实现SU(2)对称的CT-QMC方法，以访问扩展的量子临界区域。
• 分析自旋单重态与自旋三重态通道（S^z = 0, ±1）中的配对感应率，以识别主导配对通道。
• 系统性地改变伊辛各向异性（Jp/Jz）与耦合强度（λ），以探测SU(2)与伊辛极限之间的转变。
• 通过簇态BFAM框架中自旋与配对感应率发散，识别出Kondo破坏量子临界点。

实验结果

研究问题

• RQ1 Kondo系统中的反铁磁涨落能否同时促进自旋单重态与自旋三重态超导性？
• RQ2 自旋各向异性如何影响Kondo破坏量子临界点附近自旋单重态与自旋三重态配对的相对强度？
• RQ3 自旋翻转过程在增强量子临界Kondo系统中自旋单重态配对关联方面起什么作用？
• RQ4 YbRh2Si2中观测到的磁场诱导自旋三重态超导性是否可由Kondo破坏框架下的反铁磁量子临界性解释？
• RQ5 在各向异性Kondo系统中，S^z=0自旋三重态通道在何种条件下会与自旋单重态通道形成竞争？

主要发现

• 在SU(2)对称的簇态BFAM中，自旋单重态配对关联在Kondo破坏量子临界点附近显著增强，配对感应率χ^(s,0)在λc ≈ 0.2处出现峰值。
• 在Jp/Jz = 0.2的伊辛各向异性模型中，S^z=0通道的自旋三重态配对感应率χ^(t,0)在QCP附近同样增强，λc ≈ 0.45，表明配对具有竞争力。
• 通过横向RKKY相互作用介导的自旋翻转过程增强了自旋单重态配对，解释了为何在SU(2)对称极限下单重态配对占主导。
• 在实际伊辛各向异性下，S^z=0自旋三重态通道与自旋单重态配对形成竞争，表明其为量子临界Kondo系统中三重态配对的机制。
• 结果为YbRh2Si2中磁场诱导的自旋三重态超导相提供了自然解释，其中外加磁场增强了伊辛各向异性并稳定了S^z=0三重态通道。
• 研究结果表明，反铁磁涨落可通过Kondo破坏量子临界性驱动自旋三重态配对，将量子临界性的适用范围扩展至强关联金属中的非传统超导性。