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
1. B. Uchoa, G. G. Cabrera, and A. H. Castro Neto, Phys. Rev. B 71, 184509 (2005).https://doi.org/10.1103/PhysRevB.71.184509
2. B. Uchoa and A. H. Castro Neto, Phys. Rev. Lett. 98, 146801 (2007).https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.98.146801
3. V. M. Loktev and V. Turkowski, Phys. Rev. B 79, 233402 (2009).https://doi.org/10.1103/PhysRevB.79.233402
4. G. Savini, A. C. Ferrari, and F. Giustino, Phys. Rev. Lett. 105, 037002 (2010).https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.105.037002
5. V. M. Loktev and V. Turkowski, J. Low Temp. Phys. 164, 264 (2011).https://doi.org/10.1007/s10909-011-0376-7
6. A. L. Szabó and B. Roy, Phys. Rev. B 103, 205135 (2021).https://doi.org/10.1103/PhysRevB.103.205135
7. 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
8. M. Jiang, Phys. Rev. B 105, 024510 (2022).https://doi.org/10.1103/PhysRevB.105.024510
9. 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
10. 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
11. 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
12. 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
13. 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
14. 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
15. 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
16. 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
17. 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
18. 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
19. 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
20. 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
21. J. Sous, Y. He, and S. A. Kivelson, Quantum Mater. 8, 25 (2023).https://doi.org/10.1038/s41535-023-00550-1
22. N. Harrison and M. K. Chan, Phys. Rev. Lett. 129, 017001 (2022).https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.017001
23. 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
24. 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
25. Y. Nakagawa, Y. Kasahara, T. Nomoto, R. Arita, T. Nojima, and Y. Iwasa, Science 372, 190 (2021).https://doi.org/10.1126/science.abb9860
26. 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
27. 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
28. 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
29. 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
30. V. M. Loktev and V. Turkowski, Ukr. J. Phys. 69, 528 (2024).https://doi.org/10.15407/ujpe69.8.528
31. 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
32. 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
33. 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
34. 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
35. 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
36. D. Fisher and P. C. Hohenberg, Phys. Rev. B 37, 4936 (1988).https://doi.org/10.1103/PhysRevB.37.4936
37. M. Tinkham, Introduction to Superconductivity, 2nd ed (McGraw-Hill, New York, NY, 1996).https://doi.org/10.1063/1.2807811
38. A. J. Leggett, Nat. Phys. 2, 134 (2006).https://doi.org/10.1038/nphys254
39. J. Annett, Superconductivity, Superfluids and Condensates (Oxford University Press, New York, 2004).https://doi.org/10.1093/oso/9780198507550.001.0001
