Effekt av kemisk potential på den simulerade PDW -fasstrukturen som demonstrerades i studien. Fasen av den bindningscentrerade singlett supraledande beställningsparametern, för närmaste grannar på 3 × 36 gitteret med slumpmässigt parkantfält där en större kemisk potential på µ =6,0 används snarare än µ =4,6. Här, linjens tjocklek är proportionell mot amplituden. Gitteret har periodiska gränsförhållanden längs den korta riktningen och öppna gränsförhållanden längs den långa riktningen. Öka den kemiska potentialen, μ, från μ =4,6 till μ =6,0 förstorar bara enhetscellen med ytterligare en gitterplats. Kreditera: Vetenskapliga framsteg , doi:10.1126/sciadv.aat4698.
Isoleringen av grafen för mer än ett decennium sedan förvandlade landskapet i kondensmaterialets fysik, som den enda atomen tjocka, tvådimensionellt material uppvisade hög kristall och elektronisk kvalitet för att representera en konceptuellt ny klass av kvantmaterial. Fysiker och ingenjörer har sedan dess utforskat en stor familj av tvådimensionella kristaller som kallas övergångsmetalldikalkogenider (TMD) där elektroner finns i lager med isolerande, ledande eller halvledande egenskaper, även om liten uppmärksamhet har riktats för att undersöka supraledning i 2-D-kristallerna. Pågående arbete på fältet fortsätter att ge överraskande grogrund för tillämpningar inom lågdimensionell fysik.
Nyligen upptäckta i högt T c superledare har resulterat i ett intensivt intresse för en "par-densitetsvåg" (PDW) bildad i Cooper-par (ett elektronpar bundna vid låga temperaturer), även om det finns liten teoretisk förståelse för drivmekanismerna för detta exotiska tillstånd. Komplexiteten är resultatet av de många konkurrerande stater som är i nära energi i den starkt korrelerade regionen inom till synes enkla modeller och fenomen som Hubbard -modellen, frustrerade magneter och supraledare vid höga temperaturer. I en färsk studie, Jordan Venderley och Eun-Ah Kim vid Cornell University, New York, visade att brytning av inversionssymmetri och resulterande låsning av spindalen kan främja PDW:er för att övervinna de mer vanliga spinn- och laddningsränderna genom frustration mot magnetisk ordning. Studien detaljerade de första robusta bevisen för en PDW i densitetsmatrisrenormalisering av en enkel fermionisk modell via gruppsimulering. Resultaten pekade på en spännande möjlighet att det exotiska tillståndet inträffar i hål-dopade grupp VI-övergångsmetalldykalkogenider (TMD) med spindal-låst bandstruktur och måttliga korrelationer. Resultaten publiceras nu i Vetenskapliga framsteg .
Högtemperatur superledare (förkortat hög-T c ) är material som beter sig som superledare vid extremt höga övergångstemperaturer. Det första experimentella beviset på supraledare upptäcktes av J.G. Bednorz och K.A. Müller vid IBM:s Zurich Research Lab 1986, för vilka de sedan fick Nobelpriset i fysik 1987. De senaste experimentella och teoretiska utvecklingen återupplivade idén om ett reglerat eller modulerat supraledande tillstånd som spontant bryter translationell symmetri. Tidiga insatser för att reglera supraledare har noggrant bibehållit principerna i den ursprungliga modellen Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnkov (FFLO), föreslogs 1964. Ett alternativt förslag på ett modulerat parat tillstånd för koppar (material innehållande kopparanjoniska komplex) kräver en stark kopplingsmekanism, känd som en par-densitetsvåg (PDW), som skiljer sig från superledare av FFLO-typ.
Modellering av Fermi -ytan. (A) Det centrifugeringsberoende förskjutna flödesmönstret för en-spinnskomponent med ± Φ flöde per plack. Ett motsatt flödesmönster för den andra spinnkomponenten garanterar tidsomvändningssymmetri. Pilarna indikerar riktningen för positiv fashoppning. (B) Fermi-ytan i den tättbindande modellen som härleds i studien. Här, spindalen låst, cirkulära Fermifickor är tydliga. Kreditera: Vetenskapliga framsteg , doi:10.1126/sciadv.aat4698.
Det befintliga behovet av en stark kopplingsmekanism fick fysiker att söka efter PDW -tillståndet i numeriska simuleringar. Nuvarande bevis för en PDW i densitetsmatrisrenormaliseringsgruppen (DMRG) fastställdes endast i den endimensionella (1D) Kondo-Heisenberg-modellen. Numeriska bevis från det kontrollerade tillvägagångssättet för DMRG är, dock, saknar enkla fermioniska modeller. En underskriftssvårighet att förverkliga ett sådant tillstånd beror på närvaron av rotations- och laddningsremsjordtillstånd i stället för PDW-tillståndet på en Hubbard- eller t-J-modell i ett fyrkantigt galler med öppen rotationssymmetri. T-J-modellen, först härledd från Hubbard -modellen av Josef Spalek 1977, beskrivit starkt korrelerade elektronsystem för att beräkna tillstånd för högtemperatur supraledningsförmåga i dopade antiferromagneter (sammansatt av några Fe-atomer på en yta som uppvisar två magnetiska tillstånd).
Medan många modeller finns inom olika grenar av fysiken, Hubbard -modellen är en ikonisk och enkel sammansättning av teoretisk fysik i kondenserad materia som fångar beteendet hos korrelerade elektroner i fasta ämnen när de hoppar mellan gitterplatser. I föreliggande studie, Venderley och Kim vände sig därför till en Hubbard -modell och förväntade sig för den frustrerande magnetiska snurrordningen att skjuta system till ett PDW -tillstånd på ett frustrerat triangulärt galler med trasig inversionssymmetri. Modellen fångade de hål-dopade monoskiktsgrupp IV TMD:erna, används som riktmärkesystem för att studera och kontrollera sammanflätade elektroniska beställningar, drivs av exotiska möjligheter som drivs av spin-orbit-koppling (SOC) och brist på centrosymmetri, vid sidan av supraledning som observerats i föregående studier.
Gitter och kantfält. En skildring av gallret i studien. Det är periodiskt i kort riktning med tre-enheter celler och har öppna gränser i lång riktning. Ellipserna till höger betyder att flera längder studeras:L =12, 18, 24, 36. Kantfältet, visas som röda linjer, är ett parfält med den form som härleds i studien. Hoppningsstrukturen för närmaste granne för spin-up visas också, varvid spin-down-hopping-strukturen är den komplexa konjugaten av den som visas ovan. Kreditera: Vetenskapliga framsteg , doi:10.1126/sciadv.aat4698.
DMRG (densitetsmatris -renormaliseringsgrupp) är en kraftfull icke -störande metod som används för att studera starkt interagerande elektroniska system och utforska ett varierat urval av starkt korrelerade, konkurrerande kvantfenomen. DMRG-tekniken etablerades under det senaste decenniet som den ledande metoden för att simulera statik och dynamik i endimensionella kvantgittersystem, med potential för vidare utveckling. För att komma åt systemets supraledande tendenser, Venderley och Kim implementerade ett parkantfält motiverat av det fältnålande tillvägagångssättet, som ligger till grund för flera tidigare studier. De förspände systemet till ett specifikt supraledande tillstånd och studerade den framväxande symmetrin för lämplig ordningsparameter i bulk för att härleda modellens lutning mot olika instabiliteter.
Forskarna genomförde DMRG -beräkningarna och DMRG -simuleringarna i tvådimensionella system med iTensor -biblioteket som utvecklats av Stoudenmire och White. De presenterade DMRG-simuleringarna i en cylinder med tre enheter celler i periodisk riktning och 12-, 18-, 24- och 36-enhetsceller i icke-periodisk riktning. Simuleringens bredd var tillräckligt stor för att prova fickorna i Fermi -ytan men inte så stor att DMRG blev oöverkomligt dyrt för beräkningsresurserna i labbet.
Bevis på PDW -svängningar. (A) Arg (Δsinglet⟨ij⟩) för alla närmaste grannar med U =+2 för 3 x 36 gitter som simuleras med periodiska gränsförhållanden längs den korta riktningen och öppna gränsförhållanden längs den långa riktningen. För synlighet, forskarna trunkerar tomten så att endast den tredje längst från kantfältet visas. Linjens tjocklek är proportionell mot parningsamplituden. (B) Forskarna plottar de verkliga och imaginära komponenterna i Δsingletij och Δtripletij för i, j längs gitterets mellersta steg för att presentera fasoscillationerna. Kreditera: Vetenskapliga framsteg , doi:10.1126/sciadv.aat4698.
För att fånga spindalen låsta Fermi-ytor i enbandsmodell i valensgruppen VI TMD:er, forskarna betraktade en tättbindande modell som närmaste granne på Fermi-ytan, där magnetflödet införde små mängder anisotropi i fickorna, analogt med de som observerats i verkliga halvledarmaterial, såsom MoS 2 , följt av införandet av interaktioner på plats. I det nuvarande arbetet, DMRG -simuleringen avslöjade oväntat en tendens att bryta translationell symmetri i den frånstötande interaktionsregimen för att bilda ett modulerat par -tillstånd, varefter forskarna observerade bevis på bildandet och underhållet av robusta PDW -svängningar, trots förändringar (ökning) i den simulerade kemiska potentialen. Denna observation av Venderley och Kim var den första rapporten om en stark kopplingsdriven PDW inom DMRG-simuleringar av en enkel fermionisk modell. Fasoscillationerna som plottas i denna studie, liknade starkt beteendet av PDW-typ som rapporterades i den tidigare 1D Kondo-Heisenberg-modellen.
Venderley och Kim förvandlade sedan Fourier dessa svängningar för att antyda att Cooper -parens oändliga fart kom från samspelet mellan Fermifickorna. Denna uppfattning förstärktes när de undersökte effekten av att öka den kemiska potentialen i studien (vilket minskade fickradien). De fångade sedan svängningar i singlet -parningsstyrkan och i bindningsladdningstätheten för att visa att båda orden dominerades av samma Fourier -läge.
Fourier sönderdelning av PDW och obligationsladdningsorder. (A) Fourier -transformeringar av PDW- och laddningsobligationsordern. Noll fart, d.v.s. ständiga bidrag och förfallseffekter har tagits bort. (B) Avbildning av parning i momentumutrymme. Regioner som avgränsas med streckade linjer är de ungefärliga parningsregionerna. Kreditera: Vetenskapliga framsteg , doi:10.1126/sciadv.aat4698.
På det här sättet, Venderley och Kim använde DMRG för att studera supraledande tendenser till ett motbjudande U Hubbard-modell på ett triangulärt galler med spindallås. De undersökte tendenser att avslöja modellens komplexa supraledande fasdiagram med translationella symmetribrytande supraledande tillstånd; eventuellt i konkurrens med en enhetlig stat. Medan forskare är intresserade av att modulera supraledande tillstånd, den observerade var den första rapporten om en stark kopplingsdriven PDW bildad i en enkel fermionisk modell. Venderley och Kim syftar därefter till att undersöka om det observerade PDW-tillståndet kan hittas i en verkligt 2-D-inställning med hjälp av en annan numerisk teknik som täthetstext för inbäddning av matris som har visat högkvalitativa resultat i 2-D Hubbard-modeller.
© 2019 Science X Network
