On the theory of nonhomogeneous nonequilibrium superconductivity in 2D systems with massless fermions

Анотація

Аналізуються статичні та нерівноважні надпровідні властивості 2D релятивістської моделi з локальною електрон-електронною взаємодією, спін-орбітальною взаємодією Рашби α_R та за наявності залежного від часу магнітного поля H(t) в площині. Показано, що подібно до 2D випадку зі звичайною дисперсією квазічастинок ε(k)~|k|² у сильних полях така система демонструє неоднорідну надпровідну смугову фазу з параметром порядку Δ(r)=Δ(0)cos(2[μ_BB×r]n/ħυ_F) (B магнітна індукція, υ_F — швидкість Фермі, n — нормальний до площини одиничний вектор, α_R≪υ_F) — магнетон Бора, при умові α_R≪υ_F) ), де смуги орієнтовані вздовж напрямку B. У розглянутій системі міжсмуговий період L і значення магнітного поля B пов’язані універсальним співвідношенням BL = ħυ_F/μ_B≃0.714•10^-4 Tл•м. На відміну від випадку масивних квазічастинок, де умова α_R~υ_F , в принципі, може бути задоволена збільшенням α_R або легуванням заряду (зменшення швидкості Фермі), в релятивістській системі, де υ_F не залежить від рівня легування та на один-два порядки більша, ніж типова швидкість Фермі в «стандартних» двовимірних системах, у розглянутій моделі при досить низькому рівні легування смугова фаза може бути основним станом. Проаналізовані також нерівноважні властивості системи з акцентом на плавлення смугового порядку (коли магнітне поле набуває меншого значення) та динаміку смуг (при повороті поля на 90°) і отримано декілька важливих результатів. Зокрема, показано, що спочатку смугові домени плавляться з залежністю від часу R~1/√ ̅t, тоді як пізніше вони скорочуються експоненціально. У разі повернутого магнітного поля орієнтація смуги поступово змінюється з напрямку x на y, а проміжна фаза «перехрещеної смуги» має місце протягом часу порядку пікосекунд. Така перехрещена фаза складається з періодичних надпровідних “бульбашок”, які потенційно можуть мати застосування у сучасних надшвидких надпровідних технологіях.