Сверхпроводники с конденсатом состоящим из нескольких компонент

Координатор проекта: Шаненко А. А.
Исследователи центра: Вагов А. В., Кроитору М. Д., Сараива Т.Т.
Сотрудничество: Агиар Ж.А. (Федеральный Университет штата Пернамбуко, Бразилия), Дел'Анна Л. (Университет г. Пиза, Италия), Милошевич М. (Университет г. Антверпен, Бельгия), Кавальканти П. (Федеральный Университет штата Пернамбуко, Бразилия), Кордоба-Камачо В.Е. (Католический Университет Ресифе, Бразилия), Перали А. (Университет г. Камерино, Италия), Столяров В.В. (Университет МФТИ, Россия)

Недавние результаты и публикации

Устойчивая высокотемпературная сверхпроводимость в многозонных сверхпроводниках

Хорошо известно, что большие флуктуации параметра порядка препятствуют сверхпроводимости в квази-одномерных (Q1D) материалах. Флуктуации снижают критическую температуру и могут полностью разрушить сверхпроводящее состояние.

Наше исследование показывает, что ситуация резко меняется, когда конденсат в Q1D подсистеме взаимодействует с конденсатом в подсистеме более высокой размерности. Такое случается в недавно открытых многозонных сверхпроводниках. Мы показываем, что в таком случае флуктуации подавляются даже для исчезающе малого взаимодействия между зонными конденсатами, и что сверхпроводник хорошо описывается в рамках теории среднего поля. Однако эффекты, связанные с низкой размерностью, усиливают когерентность в системе. В результате критическая температура многозонного сверхпроводника может возрасти на несколько порядков если уровень Ферми находится близко к переходу Лифшица и, соответственно, к краю Q1D-зоны.

Robust Superconductivity in Quasi-one-dimensional Multiband Materials
T. T. Saraiva, L. I. Baturina, and A. A. Shanenko
J. Phys. Chem. Lett. 12, 11604 (2021); DOI: 10.1021/acs.jpclett.1c03511

Multiband material with a quasi-1D band as a robust high-temperature superconductor
T.T. Saraiva, P. Cavalcanti, A. Vagov, A. S. Vasenko, L. Dell’Anna, A. Perali, and A.A. Shanenko
Phys. Rev. Lett. 125, 217003 (2020); DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.217003 


Многозонная сверхпроводимость в материалах с вырожденными щелями

Существует негласное предположение, что многозонные сверхпроводники по существу ничем не отличаются от многощелевых сверхпроводников. Точнее, часто считается, что количество щелей возбуждения в одночастичном энергетическом спектре однородного сверхпроводника (т.е. количество пиков в плотности состояний сверхпроводящих электронов) определяет число зон, вносящих вклад в формирование сверхпроводящего конденсата.

В этой работе мы показываем, что, вопреки этой широко распространенной точке зрения, сверхпроводящие магнитные свойства чувствительны к количеству вносящих вклад зон, даже когда спектральные щели вырождены и неразличимы. В частности, мы выяснили, что переход между типами сверхпроводимости I и II — интертипный режим — сильно зависит от различия между характерными длинами зонных конденсатов. Причина заключается в том, что конденсаты с различными характерными длинами при сосуществовании в одной системе интерферируют, конструктивно или деструктивно. Это приводит к тому, что магнитные свойства отличаются от таковых в сверхпроводнике с единственной зоной, независимо от наличия или отсутствия многощелевого спектра сверхпроводящего многозонного материала.

There is a tacit assumption that multiband superconductors are essentially the same as multigap superconductors. More precisely, it is usually assumed that the number of excitation gaps in the single-particle energy spectrum of a uniform superconductor (i.e. number of peaks in the density of states of the superconducting electrons) determines the number of contributing bands in the corresponding superconducting model. Here we demonstrate that contrary to this widely accepted viewpoint, the superconducting magnetic properties are sensitive to the number of contributing bands even when the spectral gaps are degenerate and cannot be distinguished. In particular, we find that the crossover between superconductivity types I and II—the intertype regime—is strongly affected by the difference between characteristic lengths of multiple contributing condensates. The reason for this is that condensates with diverse characteristic lengths, when coexisting in one system, interfere constructively or destructively, which results in multi-condensate magnetic phenomena regardless of the presence/absence of the multigap spectrum of a superconducting multiband material.

Multiband Superconductors with Degenerate Excitation Gaps
P. Cavalcanti, T.T. Saraiva, J. A. Aguiar, A. Vagov, M.D. Croitoru, and A.A. Shanenko
J. Phys.: Condens. Matter 32 (45), 455702 (2020); DOI: 10.1088/1361-648X/aba776 


О важности межзонного спаривания в  многозонных сверхпроводниках

В этом исследовании мы анализируем соотношение вкладов внутризонных и межзонных куперовских пар в конденсат двухзонного сверхпроводника. В большинстве работ вклад межзонных пар игнорируется, однако, в некоторых случаях он может быть существенным. В нашей работе мы выводим уравнения для спектральных щелей, которые оказываются сильно зависимыми от их фаз, и описываем переход между режимами, где доминируют внутризонные и межзонные спаривания, разделенные «бесщелевым» состоянием.

Предсказанные экспериментальные признаки межзонного спаривания включают в себя заметное расщепление щелей в спектре возбуждений, а также поведение щелей, отличное от предсказанного в теории БКШ. Такие системы также характеризуются нестандартной зависимостью сверхпроводящих характеристик от температуры а, также, изменением симметрии спаривания. Следствия этих выводов проиллюстрированы на примерах соединений MgB2 и Ba0,6K0,4Fe2As2.

We analyze the paradigmatic competition between intraband and crossband Cooper-pair formation in twoband superconductors, neglected in most works to date. We derive the phase-sensitive gap equations and describe the crossover between the intraband-dominated and the crossband-dominated regimes, delimited by a “gapless” state. Experimental signatures of crosspairing comprise notable gap splitting in the excitation spectrum, non-BCS behavior of gaps versus temperature, as well as changes in the pairing symmetry as a function of temperature. The consequences of these findings are illustrated on the examples of MgB2 and Ba0.6K0.4Fe2As2.

Crossband versus intraband pairing in superconductors: Signatures and consequences of the interplay
A.A. Vargas-Paredes, A.A. Shanenko, A. Vagov, M.V. Milosevic, A. Perali
Phys. Rev. B 101, 094516 (2020); DOI: 10.1103/PhysRevB.101.094516