【摘要】：重費(fèi)米子超導(dǎo)體是一類典型的非常規(guī)超導(dǎo)體。近年來隨著實(shí)驗(yàn)探測(cè)水平的提高和高單晶質(zhì)量樣品的生長(zhǎng),重費(fèi)米子超導(dǎo)體在實(shí)驗(yàn)上展現(xiàn)出一系列新奇的量子現(xiàn)象,如奇異的超導(dǎo)相、Q相、電四極矩相、非常規(guī)量子臨界行為等。雖然重費(fèi)米子超導(dǎo)的轉(zhuǎn)變溫度很低,但其中豐富多樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與凝聚態(tài)物理的前沿發(fā)展有著密不可分的關(guān)聯(lián)。理解重費(fèi)米子超導(dǎo),對(duì)于非常規(guī)超導(dǎo)的微觀機(jī)理研究和新奇超導(dǎo)體的探索具有重要意義。本文主要通過構(gòu)建一個(gè)試圖探索重費(fèi)米子超導(dǎo)的唯象理論框架,具體研究了CeCoIn_5和CeCu_2Si_2中的超導(dǎo)行為。我們考慮的唯象理論框架基本內(nèi)容可分為三方面:(1)我們采用第一性原理計(jì)算方法與合適地處理關(guān)聯(lián)效應(yīng)的方法相結(jié)合,得到材料的能帶結(jié)構(gòu),或直接采用實(shí)驗(yàn)擬合得到緊束縛模型;(2)在超導(dǎo)由量子臨界漲落誘導(dǎo)的圖像下,考慮量子臨界漲落的唯象描述,得到超導(dǎo)配對(duì)的有效相互作用形式;(3)結(jié)合電子結(jié)構(gòu)的能帶/軌道特征,利用Eliashberg理論來研究超導(dǎo)的性質(zhì)。根據(jù)重費(fèi)米子二流體唯象理論中提出的類BCS-T_c公式,我們利用唯象的理論框架對(duì)此進(jìn)行了計(jì)算與驗(yàn)證。我們以CeCoIn_5為研究對(duì)象,考慮了材料在掃描隧道顯微鏡實(shí)驗(yàn)上擬合得到的緊束縛能帶,以及將材料相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)作為唯象磁化率的輸入,構(gòu)建了描述CeCoIn_5超導(dǎo)的Eliashberg方程組。我們首先在弱耦合近似下得到CeCoIn_5超導(dǎo)能隙函數(shù)具有d_(x2-y2)波對(duì)稱性,與實(shí)驗(yàn)吻合。然后,將得到的能隙函數(shù)的動(dòng)量分布作為輸入,在強(qiáng)耦合情形下計(jì)算得到了超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度T_c的標(biāo)度關(guān)系。這一關(guān)系與類BCS-T_c公式形式上一致,為重費(fèi)米子二流體唯象理論提供了有效的支撐。自從重費(fèi)米子超導(dǎo)體CeCu_2Si_2中發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)電性30多年以來,實(shí)驗(yàn)上普遍認(rèn)為其超導(dǎo)能隙具有線節(jié)點(diǎn)的行為。但是,最近幾年來,越來越多更精確的實(shí)驗(yàn)表明,其超導(dǎo)能隙是無節(jié)點(diǎn)的。實(shí)驗(yàn)上提出了關(guān)于CeCu_2Si_2超導(dǎo)配對(duì)對(duì)稱性的不同預(yù)言,但缺乏足夠的微觀理論支撐。我們利用第一性原理計(jì)算結(jié)合在位庫侖相互作用的方法計(jì)算了CeCu_2Si_2的能帶結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)CeCu_2Si_2的費(fèi)米面主要由一個(gè)準(zhǔn)二維的電子費(fèi)米面和一個(gè)三維的空穴費(fèi)米面組成。在兩帶的唯象配對(duì)相互作用下,通過求解線性化的Eliashebrg方程組,我們得到了CeCu_2Si_2可能的超導(dǎo)配對(duì)對(duì)稱性。當(dāng)帶間配對(duì)相互作用占主導(dǎo)時(shí),我們可以得到無節(jié)點(diǎn)的s~±波對(duì)稱性,這一結(jié)果符合實(shí)驗(yàn)預(yù)期,得到的能隙比值也與實(shí)驗(yàn)擬合基本一致。s~±波中的符號(hào)反轉(zhuǎn)也能夠解釋中子散射和核磁共振實(shí)驗(yàn)。通過進(jìn)一步的電子結(jié)構(gòu)分析,我們推斷在CeCu_2Si_2的超導(dǎo)中,空穴費(fèi)米面上的電子起到了關(guān)鍵的作用。最后,我們預(yù)言了加壓下由于費(fèi)米面拓?fù)涞淖兓?配對(duì)相互作用由帶間主導(dǎo)過渡為帶內(nèi)主導(dǎo),導(dǎo)致超導(dǎo)由無節(jié)點(diǎn)的s~±波過渡為有節(jié)點(diǎn)的s波的理論預(yù)言。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O511.3
【圖文】：

的過程越顯著；二是受晶體中雜質(zhì)或缺陷的影響。隨著溫度的下降，一般金屬的電阻也隨之降低，但當(dāng)溫度很低時(shí)，許多金屬的電阻率會(huì)趨于一個(gè)常數(shù)，由此外延到溫度為零時(shí)的數(shù)值稱為剩余電阻率，如圖1.1（a）中金（Au）的電阻行為。二十世紀(jì)初期物理學(xué)研究的方向之一，是探索實(shí)現(xiàn)接近絕對(duì)零度的低溫，并以此來研究固體材料的行為。1911 年，荷蘭物理學(xué)家H. K. Onnes 利用實(shí)現(xiàn)的液氦環(huán)境測(cè)量了金屬汞（Hg）的電阻行為[3]。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在溫度低于4.2K 時(shí)，汞的電阻驟降為零（如圖1.1（a）中的插圖）[2]，這是實(shí)驗(yàn)上首次觀測(cè)到超導(dǎo)現(xiàn)象。(a) (b)圖 1.1: 零電阻現(xiàn)象和完全抗磁性行為。（a）金屬Hg中觀測(cè)到的零電阻行為和金屬Au的電阻行為的比較[2]，插圖為K. Onnes 測(cè)量Hg的電阻實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)[3]；（b）超導(dǎo)體的完全抗磁性行為示意圖[4]。1

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本文編號(hào)：2782584