杨帆课题组PRL:准晶超导研究方面取得新进展

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近日，北京理工大学物理学院由杨帆教授牵头的研究团队在准晶超导方面取得重要进展，相关论文发表在国际顶级期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。在该论文中，北京理工大学为第一单位，曹业副研究员为第一作者，杨帆教授为通信作者。参与该论文工作的还有张用友副教授、刘玉波（杨帆指导的博士生）、刘铖铖教授以及南方科技大学的陈伟强教授。
　　准晶是一种奇特的晶体结构，有多重旋转对称性却没有平移不变性，具体到彭罗斯准晶，它是五维立方结构向两维的投影，其电子结构与周期性系统有本质区别。他们的工作揭示了准晶系统的两个独特性质：第一、库伯对的自旋自由度和空间角动量解耦，这使得无论自旋单态还是三重态的库伯对都可以具有奇或偶的空间角动量；第二、在破坏时间反演的超导态中有体的自发超流。这两个性质均来自系统平移不变性的缺失，对准晶系统具有一般性。

　　前人的工作大部分局限于对单电子行为的描述，对于从微观角度研究电子的关联行为还处于空白，而他们的工作着眼于此。他们从微扰论方法出发，使用费曼图技术将粒子-空穴形的激发计及在内，把周期性系统中著名的Kohn-Luttinger机制推广到了非周期性的准晶系统，构造出了二阶有效哈密顿量，并以此为基础对彭罗斯系统的超导性质进行了系统研究。借助大规模数值计算，他们得到了电子填充-相互作用的相图，相图表明在弱相互作用下，四种拓扑超导态中的三种会出现，均具有非平庸的拓扑数。进一步计算表明，这些拓扑超导态均破坏时间反演，因此会产生自发的体超流。
　　以上研究工作得到了国家自然科学基金委、北京理工大学青年教师学术启动计划的支持。
图 态空间超导序参量的模[a, b]和实空间超导序参量[c, d]。[a, c]为单态s波，[b, d]为三重态d波。（d）中的等高图表示序参量的模、绿色箭头表示复数序参量的幅角方向。
　　文章信息：（*为通信作者） 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).


       文章来源：北京理工大学
       杨帆，北京理工大学教授。主要研究领域为超导和强关联电子系统理论。研究的最终目标在于探寻主导物质结构的基本规律。一个长期的研究领域是高温超导的配对机理，这是现代凝聚态物理的最大难题。一个相关的领域是量子反铁磁，特别是量子自旋液体。这种体系能吸引广泛关注，其物理原因在于它打破了朗道关于物质相变的一般规律，从而具有根本重要性，但相关材料还有待探寻。近期关注包括铁基和铜基在内的一些非常规超导，它们在某种程度上和铜氧化合物高温超导具有类似性质。近期另一个关注重点在于拓扑非平庸的量子态。过去几年的研究中预言了一系列的手征和螺旋拓扑超导态，包括实际材料和模型二方面。这方面的研究将继续。同时重点发展适合于强关联体系的新数值方法，包括变分蒙特卡洛、量子蒙特卡洛、密度矩阵重整化群和张量重整化群等。