[论文解读] Superconductivity enhancement on a topological insulator surface by antiferromagnetic squeezed magnons

Eirik Erlandsen, Akashdeep Kamra+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 4, 2019

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用 1

一句话总结

本文提出，通过仅将正常金属与双子晶格反铁磁绝缘体的一个子晶格耦合，可显著增强 via 自旋三重态 p 波超导性，其机制为磁振子介导的配对。通过引入子晶格非对称耦合——例如通过未补偿的界面——压缩的磁振子模式可增强电子配对相互作用，使临界温度从接近零提升至超过 1 K，且在实际参数下可行。

ABSTRACT

We investigate theoretically magnon-mediated superconductivity in a heterostructure consisting of a normal metal and a two-sublattice antiferromagnetic insulator. The attractive electron-electron pairing interaction is caused by an interfacial exchange coupling with magnons residing in the antiferromagnet, resulting in p-wave, spin-triplet superconductivity in the normal metal. Our main finding is that one may significantly enhance the superconducting critical temperature by coupling the normal metal to only one of the two antiferromagnetic sublattices employing, for example, an uncompensated interface. Employing realistic material parameters, the critical temperature increases from vanishingly small values to values significantly larger than 1 K as the interfacial coupling becomes strongly sublattice-asymmetric. We provide a general physical picture of this enhancement mechanism based on the notion of squeezed bosonic eigenmodes.

研究动机与目标

• 探索正常金属与双子晶格反铁磁绝缘体异质结构中的磁振子介导超导性。
• 解决由于电子配对相互作用微弱而导致此类系统中可观测临界温度难以实现的挑战。
• 研究子晶格非对称耦合是否可通过玻色子模式工程显著增强临界温度。
• 基于压缩磁振子本征模式，提供一种增强超导配对的一般物理机制。

提出的方法

• 使用正常金属与反铁磁绝缘体之间的界面交换耦合来建模异质结构。
• 分析反铁磁体中的磁振子模式作为电子-电子吸引力相互作用的媒介。
• 通过仅将正常金属耦合至两个反铁磁子晶格中的一个，引入子晶格非对称耦合。
• 应用压缩玻色子本征模式的概念，解释配对相互作用强度的增强。
• 使用实际材料参数计算超导相中得到的临界温度。
• 从磁振子谱函数和界面耦合强度推导有效配对相互作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 在双子晶格反铁磁体中，子晶格非对称耦合是否能增强相邻正常金属中的磁振子介导超导性？
• RQ2 所诱导的 p 波自旋三重态超导态的临界温度如何依赖于界面耦合中的子晶格不对称程度？
• RQ3 增强的物理起源是什么？是否能通过压缩玻色子模式的概念加以解释？
• RQ4 在子晶格非对称耦合下，实际材料参数能在多大程度上支持临界温度显著高于 1 K？
• RQ5 该增强效果是否对典型界面无序或弱耦合具有鲁棒性？

主要发现

• 子晶格非对称耦合——即正常金属仅耦合至一个反铁磁子晶格——可显著提升超导临界温度。
• 该增强源于压缩磁振子本征模式的形成，其放大了有效电子配对相互作用。
• 在实际材料参数下，临界温度在强子晶格不对称性下从可忽略值提升至 1 K 以上。
• 该机制通过界面交换耦合介导的磁振子交换，在正常金属中诱导出 p 波自旋三重态超导性。
• 临界温度的增强具有鲁棒性，并与耦合强度中子晶格不对称性的程度直接相关。
• 基于压缩玻色子模式的物理图像为增强关联异质结构中的超导性提供了通用框架。