低维超导和多带超导系统热扰动和量子扰动的理论研究

We plan to study the properties of two dimensional superconductors and the multi-band superconductors, in particular their thermal and quantum fluctuation effects. Recently it was found that the single layer of iron selenide (FeSe) grown on a strong polar insulator SrTiO3 exhibits superconductivity at surprisingly high temperature. We will study the microscopic mechanism of the superconductivity of such system. Such two dimensional systems have very strong thermal and quantum fluctuation effects. The correlation of order parameters is algebraic decay in low temperature phase and exponential decay in high temperature phase. We will study the phase transition and the transport properties of such 2D systems, and quantum vortex liquid at small temperature and high field. We also plan to study the multi-band superconductors (for example electron doped cuprates and iron based superconductors), in particular the superconducting fluctuation effects in multi-band superconductors.

本计划拟研究二维超导体及多带超导体理论,特别是热扰动和量子扰动对系统的影响. 最近FeSe长在SrTiO3衬底上的薄膜发现具有很高的超导相变温度. 我们将研究此类系统的超导微观机理. 二维超导体在临界温度也有非常强的热涨落, 系统在低温下有很强的量子涨落. 二维超导系统序参量的关联，在低温区是随距离是代数衰减，高温区是指数衰减. 此相变称为为BKT(Berezinsky–Kosterlitz–Thouless)相变. 我们将研究高温区二维超导体的BKT相变及系统的输运理论及研究低温高磁场的量子涡旋液态. 电子型参杂的铜氧化合物和铁基超导体是典型的多带超导系统. 在超导涨落区间，可通过测量输运和热力学量, 来研究多带的性质. 我们将用Ginzburg-Landau多带理论来研究超导涨落的影响.

本计划主要研究了三个方面。 第一， 利用Ginzburg-Landau 模型研究超导热涨落对热力学量， 如磁化强度， 输运性质等做理论研究和实验数据拟合。 如研究了高温区二维超导体的BKT相变及系统的输运理论研究，和电子型参杂的铜氧化合物多带超导系统的输运和热力学量的理论研究， 并分析和拟合相关实验数据。 第二， 研究了Weyl 半金属的超导的微观机制。 其中包括Weyl 半金属拓扑相变对超导的影响， 和不同情况下的超导转变温度和临界磁场的计算等等。第三， 发展非微扰方法来研究高温超导的基本模型-Hubbard 模型。其主要成果包括解释了长期困惑不解的高温超导里面的intersection point存在的理论解释。 也提供了高温超导潮流密度在临界点附近的理论计算方法。基于含时的Ginzburg-Landau方程，我们发展了低维超导体的电输运的非线性理论。理论发现电流电压函数是S型的， 从而解释了电流驱动下的电压跳跃现象， 并解释实验。 这些研究， 不仅仅是理论研究， 而且理论的结果可以用来解释观察到的实验现象。我们也详细研究Weyl 或者Dirac半金属的超导机理。 利用Gorkov方程得到临界温度和对应的Ginzburg Landau模型的参数。 由由此得到临界磁场， 并得到和实验一致的结果。我们也在非微扰计算方法取得进展。 这些方法被用到研究Hubbard模型， 取得初步进展。