BiS2基超导体物理性质的理论研究

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超导电性从发现之后就一直是凝聚态物理领域的研究重点。除了寻找新的超导体和研究超导体的性质之外,超导的微观机制也是人们一直关注的重点。BiS2基超导体是最近发现的新型超导体。与铜氧高温超导体和铁基超导体一样,BiS2基超导体也是层状结构。在过去的几年里,实验上发现了很多BiS2基超导体家族的新成员,同时实验上也发现了BiS2基超导体的一些反常的物理性质。与此同时,理论上也有关于BiS2基超导体的第一性计算和重整化群方面的研究。虽然关于BiS2基超导体配对对称性的研究有很多,但是BiS2基超导体是否为常规超导体这一问题一直存在着争论。最近,角分辨光电子能谱实验(ARPES)测量的费米面发现,真实材料的填充浓度要比先前理论研究采用的填充浓度要小很多。基于这一点,我们利用奇异模泛函重整化群(SMFRG)研究了真实的填充浓度下BiS2基超导体配对对称性,得到超导能隙函数的形状因子。并在此基础上,根据平均场方法,确定了能隙大小与温度的关系,随后计算了材料的比热、超流密度和磁化率等性质。  首先,我们考虑到ARPES实验测量的费米面,在紧束缚模型中加入自旋轨道耦合项,并选择了一个合适的比较低的填充浓度,作为SMFRG的研究模型。通过SMFRG研究,我们发现,由于自旋轨道耦合,BiS2基超导体超导能隙的配对函数由自旋单重态配对和自旋三重态配对两部分混合而成,并且其中三重态配对占主导。在自旋和晶格同时旋转的操作下,能隙函数具有d*x2-y2对称性,但是在费米口袋上并没有结点线,说明BiS2基超导体拥有的完整的能隙。  根据SMFRG方法计算得到的超导能隙的配对函数,我们首先利用平均场方法计算了比热、超流密度以及磁化率与温度的变化关系。我们发现这种d*x2-u2超导体的比热、超流密度和Knight shift三个性质和同样具有完整能隙传统s波超导体是相似,并且同样都是符合实验的测量结果的。不同的是,d*x2-y2超导体虽然和s波超导体同样具有Hebel-Slichter峰,但是强度要小很多,所以更容易被杂质散射所破坏。此外,我们利用T矩阵的方法计算了d*x2-y2超导体的准粒子相干散射,并将其与传统s波超导体相比较,对于d*x2-u2超导体,杂质散射导致的能隙中间的杂质态与传统s波超导体不同。最后,我们还计算了由于弱拓扑性质带来的无能隙的边缘态,这也是d*x2-y2超导体的一个显著特征。
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