[论文解读] Time-Reversal Symmetry and the Structure of Superconducting Order Parameter of Nearly Ferromagnetic Spin-Triplet Superconductor UTe2

V. G. Yarzhemsky, E. A. Teplyakov|arXiv (Cornell University)|Jan 9, 2020

Rare-earth and actinide compounds被引用 5

一句话总结

本文通过应用III型Shubnikov群的群论方法，研究了近铁磁自旋三重态超导体UTe2中的超导序参量（SOP）。研究识别出m'm'm对称性下的非幺正三重态SOP，表明在复相位缠绕下，相同自旋配对态可能变得不稳定，其不可约核心表示与实验数据相符。

ABSTRACT

The space-group approach to the wavefunction of a Cooper pair is extended to Shubnikov groups of type III and applied to newly discovered nearly ferromagnetic superconductor UTe2. A nonunitary triplet SOP (superconducting order parameter), manifested experimentally, was obtained for Shubnikov group m'm'm . The nodal structure of triplet nonunitary SOP is investigated and it was shown that in the case of Shubnikov III symmetry nodal structure of ESP (equal spin pairing) state is in some cases unstable, i.e. changes when a complex phase winding is added. The irreducible corepresentations of a Cooper pair wave function corresponding to m'm'm symmetry and to all experimental data for UTe2 are identified.

研究动机与目标

• 确定近铁磁自旋三重态超导体UTe2中超导序参量的对称性与结构。
• 将空间群方法拓展至III型Shubnikov群，以描述时间反演对称性破缺的磁性空间群。
• 识别与UTe2实验观测相容的库珀对波函数的不可约核心表示。
• 分析非幺正三重态SOP的节点结构，并评估其在复相位缠绕下的稳定性。
• 调和理论预测与UTe2超导态的实验数据，特别是时间反演对称性破缺方面。

提出的方法

• 应用群论于III型Shubnikov群，特别是m'm'm磁性空间群，以分类可能的超导序参量。
• 利用不可约核心表示描述时间反演对称性破缺下库珀对波函数的对称性。
• 分析在不同相位缠绕构型下，三重态非幺正SOP的节点结构。
• 将理论核心表示与UTe2的实验数据进行比较，以确定最可能的SOP结构。
• 基于对称性准则，研究在引入复相位缠绕时，相同自旋配对（ESP）态的稳定性。
• 推导基于UTe2晶体与磁性空间群对称性的SOP约束条件。

实验结果

研究问题

• RQ1 在Shubnikov群m'm'm下，UTe2中允许的超导序参量形式为何？
• RQ2 时间反演对称性破缺在UTe2中库珀对波函数结构中如何体现？
• RQ3 当在序参量中引入复相位缠绕时，UTe2中的相同自旋配对（ESP）态是否稳定？
• RQ4 哪些m'm'm群的不可约核心表示与UTe2的实验观测一致？
• RQ5 在磁对称性存在下，非幺正三重态超导序参量的节点结构如何？

主要发现

• 在UTe2的Shubnikov群m'm'm下，识别出一种与实验观测的时间反演对称性破缺一致的非幺正三重态超导序参量（SOP）。
• 发现相同自旋配对（ESP）态的节点结构在引入复相位缠绕后变得不稳定，表明可能向其他SOP构型转变。
• 明确确定了在m'm'm对称性下库珀对波函数的不可约核心表示，并证明其与UTe2的实验数据相符。
• 研究证实，自旋三重态、非幺正SOP是给定磁性空间群下UTe2超导态的最可能候选。
• 理论分析表明，III型Shubnikov群的对称性允许复杂的SOP结构，从而支持时间反演对称性破缺。
• 结果与Physics Letters A期刊发表版本一致，验证了理论框架与实验发现的一致性。