Phase diagram of a two-dimensional narrow-band nematic superconductor: Can the BCS–BEC crossover be observed?
DOI (Low Temperature Physics):
https://doi.org/10.1063/10.0043169Ключові слова:
надпровідність, куперівські пари, конденсація Бозе–Ейнштейна, перехід БКШ–БЕКАнотація
Проаналізовано залежності від легування та температури фізичних властивостей вузькозонного надпровідника з квадратною ґраткою, що відповідає вимогам систем з локальним нематичним спарюванням Хаббарда, спричиненим ефективним притяганням найближчих сусідів. Нашою метою було вивчення можливого переходу системи від надпровідності Бардіна–Купера–Шріффера (БКШ) до режимів конденсації Бозе–Ейнштейна (БЕК) зі збільшенням температури. Виявлено, що в d-каналі кросовер не відбувається при реальних значеннях легування та температури, і навіть при великому притяганні, тобто система завжди знаходиться в режимі БКШ, на відміну від «звичайного» d-хвильового надпровідника. На відміну від ненематичних d-хвильових надпровідників, хімічний потенціал μ завжди зростає зі збільшенням температури, що може свідчити про несподівано великий розмір куперівських пар. Водночас, у s-каналі виявлено кросовер БКШ–БЕК з температурою для широкого діапазону температур навіть при досить високому легуванні, nf ≈ 0,2. Цей результат відрізняється від «звичайного» s-випадку, де у вузькозонному (тобто при сильному зв’язку) стані система завжди знаходиться у стані БЕК. Виявлено, що для заданого великого значення притягання існує значення легування, коли для широкого діапазону температур система знаходиться в режимі «до кросовера» з μ ≈ 0, тобто в режимі співіснування локальних та протяжних пар. Таким чином, у вузькозонних системах «звичайний» s-надпровідник знаходиться в стані БЕК, але в нематичному випадку можна очікувати кросовер БКШ–БЕК зі зростанням температури за реальних параметрів системи, тобто кросовер можна виміряти експериментально.
Посилання
B. Uchoa, G. G. Cabrera, and A. H. Castro Neto, Phys. Rev. B 71, 184509 (2005).https://doi.org/10.1103/PhysRevB.71.184509
B. Uchoa and A. H. Castro Neto, Phys. Rev. Lett. 98, 146801 (2007).https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.98.146801
V. M. Loktev and V. Turkowski, Phys. Rev. B 79, 233402 (2009).https://doi.org/10.1103/PhysRevB.79.233402
G. Savini, A. C. Ferrari, and F. Giustino, Phys. Rev. Lett. 105, 037002 (2010).https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.105.037002
V. M. Loktev and V. Turkowski, J. Low Temp. Phys. 164, 264 (2011).https://doi.org/10.1007/s10909-011-0376-7
A. L. Szabó and B. Roy, Phys. Rev. B 103, 205135 (2021).https://doi.org/10.1103/PhysRevB.103.205135
D. Qiu, C. Gong, S. S. Wang, M. Zhang, C. Yang, X. Wang, and J. Xiong, Adv. Mater. 33, 2006124 (2021).https://doi.org/10.1002/adma.202006124
M. Jiang, Phys. Rev. B 105, 024510 (2022).https://doi.org/10.1103/PhysRevB.105.024510
Y. Wang, Z. Chen, T. Shi, B. Moritz, Z.-X. Shen, and T. P. Devereaux, Phys. Rev. Lett. 127, 197003 (2021).https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.197003
Z. Chen, Y. Wang, S. N. Rebec, T. Jia, M. Hashimoto, D. Lu, B. Moritz, R. G. Moore, T. P. Devereaux, and Z.-X. Shen, Science 373, 1235 (2021).https://doi.org/10.1126/science.abf5174
Z. Cao, J. Li, J. Su, T. Ying, and H.-K. Tang, Phys. Rev. B 111, 024509 (2025).https://doi.org/10.1103/PhysRevB.111.024509
S. Nakata, M. Horio, K. Koshiishi, K. Hagiwara, C. Lin, M. Suzuki, S. Ideta, K. Tanaka, D. Song, Y. Yoshida, H. Eisaki, and A. Fujimori, npj Quantum Mater. 6, 86 (2021).https://doi.org/10.1038/s41535-021-00390-x
G. Grissonnanche, O. Cyr-Choniere, J. Day, R. Liang, D. A. Bonn, W. N. Hardy, N. Doiron-Leyraud, and L. Taillefer, Phys. Rev. X 13, 031010 (2023).https://doi.org/10.1103/PhysRevX.13.031010
T. Bourdel, L. Khaykovich, J. Cubizolles, J. Zhang, F. Chevy, M. Teichmann, L. Tarruell, S. Kokkelmans, and C. Salomon, Phys. Rev. Lett. 93, 050401 (2004).https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.93.050401
M. Bartenstein, A. Altmeyer, S. Riedl, S. Jochim, C. Chin, J. H. Denschlag, and R. Grimm, Phys. Rev. Lett. 92, 120401 (2004).https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.92.120401
G. B. Partridge, K. E. Strecker, R. I. Kamar, M. W. Jack, and R. G. Hulet, Phys. Rev. Lett. 95, 020404 (2005).https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.95.020404
X.-C. Yan, D.-L. Sun, L. Wang, J. Min, S.-G. Peng, and K.-J. Jiang, Chin. Phys. B 31, 016701 (2022).https://doi.org/10.1088/1674-1056/ac0dae
V. M. Loktev, R. M. Quick, and S. G. Sharapov, Phys. Rep. 349, 1 (2001).https://doi.org/10.1016/S0370-1573(00)00114-9
V. M. Loktev and V. M. Turkowski, Fiz. Nizk. Temp. 30, 247 (2004) [Low Temp. Phys. 30, 179 (2004)].https://doi.org/10.1063/1.1645175
Q. Chen, Z. Wang, R. Boyack, S. Yang, and K. Levin, Rev. Mod. Phys. 96, 025002 (2024).https://doi.org/10.1103/RevModPhys.96.025002
J. Sous, Y. He, and S. A. Kivelson, Quantum Mater. 8, 25 (2023).https://doi.org/10.1038/s41535-023-00550-1
N. Harrison and M. K. Chan, Phys. Rev. Lett. 129, 017001 (2022).https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.017001
D.-H. Lee, “Is FeSe a superconductor in the Bose–Einstein condensation limit?,” J. Club Condens. Matter Phys. (2017).https://doi.org/10.36471/JCCM_November_2017_01
L. Ma, P. X. Nguyen, Z. Wang, Y. Zeng, K. Watanabe, T. Taniguchi, A. H. MacDonald, K. F. Mak, and J. Shan, Nature 598, 585 (2021).https://doi.org/10.1038/s41586-021-03947-9
Y. Nakagawa, Y. Kasahara, T. Nomoto, R. Arita, T. Nojima, and Y. Iwasa, Science 372, 190 (2021).https://doi.org/10.1126/science.abb9860
T. Shi and W. Zhang, and C.A.R. Sá de Melo, Europhys. Lett. 139, 36003 (2022).https://doi.org/10.1209/0295-5075/ac7ace
A. L. Solovjov and V. M. Dmitriev, Fiz. Nizk. Temp. 32, 139 (2006) [Low Temp. Phys. 32, 99 (2006)].https://doi.org/10.1063/1.2171509
A. L. Solovjov and K. Rogacki, Fiz. Nyzk. Temp. 49, 375 (2023) [Low Temp. Phys. 49, 345 (2023)].https://doi.org/10.1063/10.0017238
V. M. Loktev and V. Turkowski, Fiz. Nyzk. Temp. 50, 1105 (2024) [Low Temp. Phys. 50, 992 (2024)].https://doi.org/10.1063/10.0030416
V. M. Loktev and V. Turkowski, Ukr. J. Phys. 69, 528 (2024).https://doi.org/10.15407/ujpe69.8.528
V. M. Loktev and V. Turkowski, Fiz. Nyzk. Temp. 51, 1054 (2025) [Low Temp. Phys. 51, 949 (2025)].https://doi.org/10.1063/10.0037101
R. V. Vovk, M. A. Obolenskii, A. A. Zavgorodniy, A. V. Bondarenko, I. L. Goulatis, A. V. Samoilov, and A. Chroneos, J. Alloys Compd. 453, 69 (2008).https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2006.11.169
A. L. Solovjov, L. V. Omelchenko, V. B. Stepanov, R. V. Vovk, H.-U. Habermeier, H. Lochmajer, P. Przysłupski, and K. Rogacki, Phys. Rev. B 94, 224505 (2016).https://doi.org/10.1103/PhysRevB.94.224505
N. A. Azarenkov, G. Ya. Khadzhai, E. S. Gevorkyan, I. Goulatis, A. Chroneos, A. Feher, A. O. Komisarov, O. Yu. Vragov, V. A. Kovrigin, and R. V. Vovk, Fiz. Nyzk. Temp. 50, 1128 (2024) [Low Temp. Phys. 50, 1013 (2024)].https://doi.org/10.1063/10.0030419
G. Ya. Khadzhai, I. Goulatis, A. Chroneos, V. M. P. Simoes, and R. V. Vovk, J. Mater. Sci Mater. Electron. 36, 1073 (2025).https://doi.org/10.1007/s10854-025-15142-x
D. Fisher and P. C. Hohenberg, Phys. Rev. B 37, 4936 (1988).https://doi.org/10.1103/PhysRevB.37.4936
M. Tinkham, Introduction to Superconductivity, 2nd ed (McGraw-Hill, New York, NY, 1996).https://doi.org/10.1063/1.2807811
A. J. Leggett, Nat. Phys. 2, 134 (2006).https://doi.org/10.1038/nphys254
J. Annett, Superconductivity, Superfluids and Condensates (Oxford University Press, New York, 2004).https://doi.org/10.1093/oso/9780198507550.001.0001
