轨道涨落驱动的新超导电性研究

With the decay of hot research on the Fe-based superconductivity, it is realized that similar to high-Tc cuprates, the underlying pairing mechanism of Fe-based superconductors could not be uncovered in a short time. This shows that we should pay more attention on how the quantum fluctuations of the multiorbitals or multi-components affect the essential properties of multiorbital superconductors in the normal and superconducting phases. In this project, I propose to start from doped Kugel-Khomskii model or its generalized models, study the effects of the orbital quantum fluctuations on the superconducting pairing, phase diagram and transport properties, so as to illustrate the orbital-fluctuation-driven pairing mechanism, distinguished properties , and their experimental characteristics in iron-pnictides, heavy fermion, β-MNX and other multiorbital compounds. The completion of this project will not only favor our understanding on the anomalous properties in these multiorbital superconductors, but also help us discover new superconducting and superfluid phases in multi-component cold atom gases.

随着铁基超导电性研究高潮的落幕，人们意识到铁基与铜基高温超导体的微观机理都不是能轻易揭示的，促使我们必须进一步深入研究轨道或分量的量子涨落究竟如何影响多轨道超导化合物反常的正常态和超导态物性。本项目提出从掺杂Kugel-Khomskii模型及其推广模型出发，以铁基、重费米子及MNX等多轨道超导化合物为具体对象，通过研究轨道量子涨落对多轨道关联电子体系的超导配对、相图和输运性质的影响，阐述轨道涨落驱动的超导电性机理，揭示多轨道（分量）超导体迥异于单带超导体的独特性质及其实验表征。开展该项目的研究对人们理解铁基、重费米子和β-MNX化合物的各种反常性质具有极大的启发性，也有利于人们探索冷原子体系中多分量超导与超流的新奇物理现象。

本项目旨在研究轨道的量子涨落究竟如何影响多轨道超导化合物反常的正常态和超导态物性。我们拟采用多轨道隶玻色子、无规相近似和精确地Lanczos等方法研究掺杂Kugel-Khomskii模型及其推广的多带Hubbard模型、以及铁基、铜基和重费米子等多轨道超导化合物的正常态和超导态配对性质；研究轨道量子涨落对多轨道关联电子体系的超导配对和相图的影响，阐述轨道涨落驱动的超导电性机理。.　　.在本项目资助下我们基本完成了研究目标，发表标注基金资助论文9篇，接收发表标注基金资助论文1篇，合作论文6篇，取得计算机软件著作版权1篇。项目取得的重要成果有：.1..发现由于自旋-轨道涨落导致的非对称两轨道Hubbard模型中的超导电性,轨道选择Mott相特征越显著，超导配对强度越大；证明两轨道铜氧超导体Ba2CuO4-x的正常态是轨道选择Mott相； .2..首次提出掺杂的两轨道Kugel-Khomskii模型体系轨道涨落导致的超导总是与轨道序共存，轨道序的存在使超导配对存在轨道选择性；证明了铁基超导体中不同轨道关联导致双穹顶超导相，提出了轨道态与超导配对对称性相匹配是实现高Tc非传统超导电性的规则；　.3..发现轨道物理在二维层状铁磁化合物Cr2Ge2Te6和Cr2Si2Te6等化合物高温铁磁性和磁各向异性的重要作用，解释了Li离子门控(Li0.8Fe0.2)OHFeSe体系的离子迁移和结构相变行为，并预言了1T-TaSe2与1T-TaS2一样存在轨道密度波/轨道序效应；.4..发展了有限温度的Lanczos算法和基于Lanczos算法的团簇模型软件，在此基础上发现了各向异性Kitaev模型中磁场驱动的拓扑量子相变；设计了超导-Kitaev 层-超导的Josephson结，通过隧道电流和微分电导揭示了各向异性Kitaev模型的量子自旋液体动力学性质。..这些成果和发现为人们理解多轨道超导体及其反常物性奠定了坚实的微观理论基础，并对发现新型高温超导体具有启发和指导意义。