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六角晶格中的次近邻d+id超导配对对称性

北京师范大学学报（自然科学版） 2022年第3期58卷 382-386页

作者：张骁马驰马天星北京师范大学物理学系北京100875

为了深入理解掺杂石墨烯中电子关联驱动的超导电性,采用约束路径量子蒙特卡罗(MC)方法,探讨了六角晶格上扩展哈伯德(Hubbard)模型中的磁和超导配对关联行为:半填充时,体系存在强的反铁磁关联,且随库仑排斥势U的增大而增大,随次近邻相互... 详细信息

为了深入理解掺杂石墨烯中电子关联驱动的超导电性,采用约束路径量子蒙特卡罗(MC)方法,探讨了六角晶格上扩展哈伯德(Hubbard)模型中的磁和超导配对关联行为:半填充时,体系存在强的反铁磁关联,且随库仑排斥势U的增大而增大,随次近邻相互作用V的增大而减弱;偏离半填充时,低掺杂下相比其他对称性的超导配对,次近邻d+id占据主导地位,且其对较小的近邻相互作用V不敏感,但较大的V会对次近邻d+id波超导配对产生明显的抑制作用.这些结果可用于解释魔角双层石墨烯中的超导态.

关键词：石墨烯超导电性量子蒙特卡罗方法配对对称性

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高温超导配对对称性的实验探测

物理 2023年第10期52卷 708-710页

作者：张定朱玉莹薛其坤清华大学物理系北京100084 北京量子信息科学研究院北京100193 南方科技大学深圳518055

超导作为一种宏观量子现象,其量子态波函数在理论上可以分为与氢原子模型类似的s波、p波、d波等。这些波函数的角动量量子数依次为0,1,2…,具有不同的对称性。在氢原子模型中,s波的波函数是各向同性的,而p波、d波的波函数在空间中存在... 详细信息

超导作为一种宏观量子现象,其量子态波函数在理论上可以分为与氢原子模型类似的s波、p波、d波等。这些波函数的角动量量子数依次为0,1,2…,具有不同的对称性。在氢原子模型中,s波的波函数是各向同性的,而p波、d波的波函数在空间中存在很强的各向异性。其中,p波或d波的振幅在空间中的分布像两片或四片花瓣(此处考虑的是d_(x^(2)-y^(2))波),在从一片花瓣转向近邻花瓣时其相位部分变号。相比于氢原子模型,固体材料中除了存在完全各向同性的s波超导外,也可能存在一种角动量量子数为零但波函数振幅部分各向异性的配对。区分这种各向异性的s波与角动量量子数非零的波的关键是相位部分是否存在变号,相关的探测被称为对相位部分敏感的测量实验,简称相敏实验。为了开展相敏实验,我们可以从约瑟夫森效应出发。

关键词：约瑟夫森效应宏观量子现象氢原子模型波函数各向异性角动量配对对称性变号

DM相互作用XY模型中的量子相变和非常规超导体中的配对对称性研究

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DM相互作用XY模型中的量子相变和非常规超导体中的配对对称性研究

作者：王晨曦华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

本文中,我们的研究内容主要有两个方向。第一个研究方向是:用量子相干性和量子操控刻画具有DM相互作用的XY模型中的量子相变。第二个研究方向是:利用自旋极化局域态密度学习无序超导体中的配对对称性。在第一个研究方向中,我们研究了广... 详细信息

本文中,我们的研究内容主要有两个方向。第一个研究方向是:用量子相干性和量子操控刻画具有DM相互作用的XY模型中的量子相变。第二个研究方向是:利用自旋极化局域态密度学习无序超导体中的配对对称性。在第一个研究方向中,我们研究了广义的具有DM相互作用的XY模型中的量子操控性和量子相干性。我们发现Steerable Weight(SW)和Robustness of Coherence(ROC)这两种计算方法都可以用来描述这种模型中的量子相变。SW和ROC分别用来限定量子操控性和量子相干性。当模型中的DM相互作用变强的时候,由ROC表现出来的量子相变变得意义不大。在这方面,SW和它具有很大的不同。具体表现为:当模型中的DM相互作用加强的时候,SW对量子相变的识别越来越精确。此外,大量的数值计算结果表明,在每个组合中有足够数量的随机测量对于计算SW和识别量子相变是非常重要的。在第二个研究方向中,我们构造了一个人工神经网络来研究无序超导体中的配对对称性。对于具有s波、d波和向列型配对势的正方晶格上的哈密顿函数,我们利用在未掺杂系统中磁性杂质附近的自旋极化局域态密度来训练神经网络。我们发现,当人工神经网络的深度足够大时,它将具有预测无序超导体中的配对对称性的能力。在潜在无序的大参数范围内,人工神经网络以较高的可信度预测正确的配对对称性。

关键词：量子操控性量子相变 DM相互作用配对对称性自旋极化光谱机器学习

魔角双层石墨烯超导体中不同配对对称性下的磁性杂质共振态

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魔角双层石墨烯超导体中不同配对对称性下的磁性杂质共振态

作者：李慧贞华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

本文我们利用蜂窝晶格的双轨道模型研究了魔角双层石墨烯超导体中不同配对对称性下的磁性杂质共振态。第一章我们介绍了石墨烯的研究背景;第二章我们构建包含三部分的总的哈密顿量,(1)魔角双层石墨烯(TwBG)超导体中四种不同配对对称性下... 详细信息

本文我们利用蜂窝晶格的双轨道模型研究了魔角双层石墨烯超导体中不同配对对称性下的磁性杂质共振态。第一章我们介绍了石墨烯的研究背景;第二章我们构建包含三部分的总的哈密顿量,(1)魔角双层石墨烯(TwBG)超导体中四种不同配对对称性下的Bogoliubov-de Gennes(BdG)哈密顿量,四种不同配对对称性如下:s波、扩展的s波、手性p波和d+id波配对;(2)强库仑相互作用的杂质哈密顿量;(3)魔角双层石墨烯(TwBG)超导体与磁性杂质之间的杂化;第三章我们给出了局域态密度的理论推导;第四章我们分析了不同配对对称性和不同的填充率的数值结果;第五章我们对文章进行总结。以下是我们的对称性分析和数值计算的主要结果:(1)当杂质与石墨烯蜂窝晶格的一个格点上的两个轨道进行杂化时,即杂质位于蜂窝晶格AB或BA超晶格格点的中心,对于任何属于D3点群的不可约表示的配对对称性,共振态的空间分布将会打破沿z轴方向的三重旋转对称性和沿y轴方向的双重旋转对称性;(2)当杂质位于超晶格的中心时,即AA点的中心,并且对称性地与六个最近邻进行杂化时,我们能够得到只有两种属于D3点群的二维不可约表示的杂化方式。对于每一种杂化方式与四种不同的配对对称性的研究,我们发现共振态的空间分布均显示为六重旋转对称性;(3)对于(2)中给出的杂化方式,对于s波配对或者扩展的s波配对,接近杂质位置处的能隙内共振峰必然消失,并且任何其他的配对对称性均属于D3点群的A1表示;(4)对于(2)中给出的杂化方式,R=(0,0)处只具有负共振能量的独特的共振峰表明了可能是拓扑非平凡的p波配对或者d+id波配对。

关键词：配对对称性磁性杂质魔角双层石墨烯

重费米子CeCu2Si2中的非常规超导配对对称性研究

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重费米子CeCu2Si2中的非常规超导配对对称性研究

作者：王冬冬北京交通大学

学位级别：硕士

自1979年德国科学家首次在CeCu2Si2材料中发现超导以来,揭示其非常规超导配对机制激起人们的极大关注。2014年日本研究小组基于极低温下的旋转比热实验有力地揭示CeCu2Si2是一个具有多能带、没有能隙节点的超导体,并得到扫描隧道谱和伦... 详细信息

自1979年德国科学家首次在CeCu2Si2材料中发现超导以来,揭示其非常规超导配对机制激起人们的极大关注。2014年日本研究小组基于极低温下的旋转比热实验有力地揭示CeCu2Si2是一个具有多能带、没有能隙节点的超导体,并得到扫描隧道谱和伦敦穿透深度测量进一步证实。理论研究提出了s±波、s++波和loop-nodal s波等多个可能的超导配对态,严重挑战30多年来基于单能带结构并被广泛接受的d波配对对称性,急需进一步的理论和实验研究加以澄清。然而,由于重费米子超导体自身特殊的费米面拓扑结构,传统的相位敏感性实验不能直接用来探测其配对对称性,因此无法有效地直接确认超导配对序参量。幸运地是,最近高分辨的扫描隧道谱(STM)技术得到了改进,可以在极低温下测量准粒子能带色散结构、微电子伏特(μeV)量级下的动量空间中的超导能隙函数。通过测量准粒子相干谱和实空间因杂质破坏超导配对诱导的局域电子谱,该技术成功地应用于重费米子超导体CeCoIn5,并确认其d波配对对称性。因此,我们在本文将该技术推广至CeCu2Si2非常规超导电性研究中。首先,我们利用第一性原理方法计算了 CeCu2Si2的多能带结构,得到与早期理论计算非常吻合的费米面拓扑结构,确认CeCu2Si2是多能带超导体。基于上述第一性原理计算,我们建立了一个有效的两能带紧束缚模型。其次,我们应用T矩阵近似方法计算了杂质散射诱导的局域电子结构。结果表明:仅考虑带内杂质散射时,s波配对态下费米能级附近不出现杂质共振态;而对于d波和loop-nodal s波配对态,杂质诱导的共振态非常显著,且可以通过其靠近或远离费米能级的位置加以区分。最后,我们通过引入带间杂质散射,有效地确认了有无符号变化的s波配对。研究揭示:只有存在符号变化的s±波配对态,才能够产生杂质共振态。综上,我们提出一个有竞争力的方法来判定常压下CeCu2Si2的超导配对对称性:应用高分辨率STM实验测量杂质诱导的局域电子谱,结合理论判据,将有效地澄清现有分歧、确定超导配对对称性。

关键词：重费米子超导电性配对对称性非磁性杂质效应局域电子态密度

利用菲涅尔圆孔衍射探测三元化合物超导配对对称性

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燕山大学学报 2012年第4期36卷 371-376页

作者：徐天赋井西利刘承师燕山大学理学院河北秦皇岛066004

提出了一个特殊菲涅尔圆孔衍射实验,核心由正常金属/绝缘层/超导体多层膜构成,用来精确探测超导配对对称性。理论分析表明,对于超导层是s波配对,△(-k)=△(k),且满足k·r=nπ的情况下,那么衍射图样的零阶为暗纹,其中k为波矢,n为整数。反... 详细信息

提出了一个特殊菲涅尔圆孔衍射实验,核心由正常金属/绝缘层/超导体多层膜构成,用来精确探测超导配对对称性。理论分析表明,对于超导层是s波配对,△(-k)=△(k),且满足k·r=nπ的情况下,那么衍射图样的零阶为暗纹,其中k为波矢,n为整数。反之,如果△(-k)=-△(k),且在其他条件不变的情况下,那么零阶衍射图样为明纹。从而可以利用这种简单易行的实验途径,对超导电子的配对对称性进行无模棱两可的判定。最后把这套装置应用到最近发现的AFeSe三元化合物超导体,给出了可能的具体实验方案,来探测这种多费米面复杂的电子配对对称性。

关键词：衍射干涉图样费米面铁基超导体配对对称性

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铁基高温超导体超导配对对称性研究

科学观察 2011年第6期6卷 61-62页

作者：丁洪中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室(筹)

通常情况下,两个带负电荷的电子之间由于库仑力会相互排斥。然而,在某些材料中,电子与某种激发如晶格振动的耦合能够克服库仑排斥从而表现出相互吸引并发生配对。配对电子能够在材料中没有任何阻力地运动,表现出零电阻的特性,我们称之... 详细信息

通常情况下,两个带负电荷的电子之间由于库仑力会相互排斥。然而,在某些材料中,电子与某种激发如晶格振动的耦合能够克服库仑排斥从而表现出相互吸引并发生配对。配对电子能够在材料中没有任何阻力地运动,表现出零电阻的特性,我们称之为超导。当超导体接近磁体时,会产生涡旋电流排斥磁力线的进入,它们

关键词：铁基高温超导体配对对称性超导材料文章费米面电子金属材料能带结构轻子铁基超导体超导态超导能隙

石墨烯相关体系中的超导电性:量子蒙特卡罗方法的研究

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中国科学：物理学、力学、天文学 2022年第7期52卷 141-150页

作者：戴慧佳张骁马天星北京师范大学物理学系北京100875

本文对量子蒙特卡罗方法研究石墨烯相关体系中的超导电性进行了回顾.十多年来,理论上预测超导电性可能出现在掺杂的石墨烯基材料中.对于单层原始石墨烯,当填充在狄拉克点附近时,反铁磁涨落有利于自旋单重态超导电性的形成,但量子蒙特卡... 详细信息

本文对量子蒙特卡罗方法研究石墨烯相关体系中的超导电性进行了回顾.十多年来,理论上预测超导电性可能出现在掺杂的石墨烯基材料中.对于单层原始石墨烯,当填充在狄拉克点附近时,反铁磁涨落有利于自旋单重态超导电性的形成,但量子蒙特卡罗研究发现由于系统极低的电子态密度,电子关联不足以驱动超导电性.如果将系统掺杂到态密度发散的范霍夫奇点,则可能出现具有p+ip超导配对对称性的非常规超导电性.然而,尽管进行了大量的实验工作,但在单层石墨烯中仍未发现超导电性.最近,在关于转角双层石墨烯的实验中发现了非常规的超导电性.紧随其后,实验上在ABC堆叠的三层石墨烯和其他系统中也发现了超导电性.这些发现引起了众多物理学家的关注.本文回顾了石墨烯中超导态的独特性质,通过实验控制扭曲双层石墨烯和三层石墨烯的超导电性,以及栅极可调关联绝缘体.简单概括了扭曲多层石墨烯中电子关联物态在最近凝聚态物理学中的研究进展.

关键词：石墨烯超导电性量子蒙特卡罗方法配对对称性

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重费米子超导理论和材料研究进展

物理学报 2021年第1期70卷 100-130页

作者：李宇盛玉韬杨义峰中国科学院大学卡弗里理论科学研究所北京100190 中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家研究中心北京100190 中国科学院大学北京100049 松山湖材料实验室广东523808

重费米子超导体是一类典型的强关联和非常规超导系统,超导的产生与量子临界涨落有着紧密的关系.在实际材料中,不同结构体系的重费米子超导体往往表现出非常不同的竞争序和超导性质,表明f电子的行为对材料的结构特征具有敏感依赖性.特别... 详细信息

重费米子超导体是一类典型的强关联和非常规超导系统,超导的产生与量子临界涨落有着紧密的关系.在实际材料中,不同结构体系的重费米子超导体往往表现出非常不同的竞争序和超导性质,表明f电子的行为对材料的结构特征具有敏感依赖性.特别是最近几年的超导实验研究,表明具体材料的实际电子结构对重费米子超导的性质具有重要影响.本文将简要介绍几类典型重费米子体系的最新研究进展,并结合实际材料的强关联能带结构计算、唯象量子临界涨落特征和Eliashberg超导理论,发展新的重费米子超导唯象理论框架,为探索非常规超导的微观机理提供新的思路.

关键词：重费米子超导竞争序量子临界涨落配对对称性