北理工在準(zhǔn)晶超導(dǎo)研究方面取得新進(jìn)展
發(fā)布日期：2020-07-13 供稿：物理學(xué)院
編輯：周格羽 審核：姚裕貴 閱讀次數(shù)：
近日，北京理工大學(xué)物理學(xué)院由楊帆教授牽頭的研究團(tuán)隊在準(zhǔn)晶超導(dǎo)方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)論文發(fā)表在國際頂級期刊《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。在該論文中，北京理工大學(xué)為第一單位，曹業(yè)副研究員為第一作者，楊帆教授為通信作者。參與該論文工作的還有張用友副教授、劉玉波（楊帆指導(dǎo)的博士生）、劉鋮鋮教授以及南方科技大學(xué)的陳偉強(qiáng)教授。
準(zhǔn)晶是一種奇特的晶體結(jié)構(gòu)，有多重旋轉(zhuǎn)對稱性卻沒有平移不變性，具體到彭羅斯準(zhǔn)晶，它是五維立方結(jié)構(gòu)向兩維的投影，其電子結(jié)構(gòu)與周期性系統(tǒng)有本質(zhì)區(qū)別。他們的工作揭示了準(zhǔn)晶系統(tǒng)的兩個獨(dú)特性質(zhì)：第一、庫伯對的自旋自由度和空間角動量解耦，這使得無論自旋單態(tài)還是三重態(tài)的庫伯對都可以具有奇或偶的空間角動量；第二、在破壞時間反演的超導(dǎo)態(tài)中有體的自發(fā)超流。這兩個性質(zhì)均來自系統(tǒng)平移不變性的缺失，對準(zhǔn)晶系統(tǒng)具有一般性。
前人的工作大部分局限于對單電子行為的描述，對于從微觀角度研究電子的關(guān)聯(lián)行為還處于空白，而他們的工作著眼于此。他們從微擾論方法出發(fā)，使用費(fèi)曼圖技術(shù)將粒子-空穴形的激發(fā)計及在內(nèi)，把周期性系統(tǒng)中著名的Kohn-Luttinger機(jī)制推廣到了非周期性的準(zhǔn)晶系統(tǒng)，構(gòu)造出了二階有效哈密頓量，并以此為基礎(chǔ)對彭羅斯系統(tǒng)的超導(dǎo)性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。借助大規(guī)模數(shù)值計算，他們得到了電子填充-相互作用的相圖，相圖表明在弱相互作用下，四種拓?fù)涑瑢?dǎo)態(tài)中的三種會出現(xiàn)，均具有非平庸的拓?fù)鋽?shù)。進(jìn)一步計算表明，這些拓?fù)涑瑢?dǎo)態(tài)均破壞時間反演，因此會產(chǎn)生自發(fā)的體超流。
以上研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委、北京理工大學(xué)青年教師學(xué)術(shù)啟動計劃的支持。
圖 態(tài)空間超導(dǎo)序參量的模[a, b]和實(shí)空間超導(dǎo)序參量[c, d]。[a, c]為單態(tài)s波，[b, d]為三重態(tài)d波。（d）中的等高圖表示序參量的模、綠色箭頭表示復(fù)數(shù)序參量的幅角方向。
文章信息：（*為通信作者） Ye Cao, Yongyou Zhang, Yu-Bo Liu, Cheng-Cheng Liu, Wei-Qiang Chen, and Fan Yang*, Kohn-Luttinger Mechanism Driven Exotic Topological Superconductivity on the Penrose Lattice, Phys. Rev. Lett. 125, 017002 (2020).
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