复杂能隙超导体中磁通束缚态的计算研究

Vortex is an important characteristic of type II superconductors, and it has very important research significance both in physics and in application. In relatively clean superconductors, quasiparticles bound to form vortex bound states within the vortex core of normal state, which also reflects the important information of superconducting order parameters. The vortex bound states are very different among s-wave superconductors with larger Fermi surface, shallow-band s-wave superconductors and d-wave superconductor. Even vortex bound states can be used to help judge superconducting pairing symmetry. The special properties of unconventional superconductors can also affect the vortex bound states. This project will theoretically study the vortex bound states in superconductors with complex gap structure. Using artificially constructed complex symmetric gap and other electronic structures, the project plan to study the properties of the vortex bound states in unconventional superconductors such as iron-based and topological superconductors. Combining with experimental reports, we will unveil the influence of energy gap anisotropy, Feimi surface anisotropy and shallow band on the vortex bound states, and obtain some important information of the superconducting energy gap and pairing mechanism. Furthermore, we will predict some properties of vortex bound states with complex energy gap structure.

磁通是第II类超导体的一个重要特性，无论是在物理还是在应用上都有非常重要的研究意义。在较为干净的超导体中，准粒子束缚在正常态的磁通芯子之内形成磁通束缚态，它也反映了超导序参量的重要信息。无论是费米面较大的s波超导体，还是浅带的s波超导体，以及d波超导体，其磁通束缚态都有很大的区别，甚至磁通束缚态还能用来帮助判断超导的配对对称性。非常规超导体中的特殊性质也会影响磁通束缚态。本项目将针对复杂能隙超导体中的磁通束缚态问题进行理论研究。本项目结合人工构建的复杂对称性的能隙等电子态结构，计划对铁基、拓扑超导体等非常规超导体的奇异磁通束缚态性质进行研究，结合实验报道，解释能隙各向异性、费米面各向异性、浅带等效应对磁通束缚态的影响，能够通过磁通束缚态得到超导能隙和配对机制的重要信息，并进一步对复杂能隙超导体的磁通束缚态性质进行一些预测。

磁通是第II类超导体的一个重要特性，无论是在物理还是在应用上都有非常重要的研究意义。在较为干净的超导体中，准粒子束缚在正常态的磁通芯子之内形成磁通束缚态，它也反映了超导序参量的重要信息。通过扫描隧道显微镜对单个磁通进行成像，人们已经观测到了各种各向异性的磁通图像，比如六度对称性的、四度对称性的以及二度对称性的。一些理论计算表明，费米面和超导能隙都有可能导致磁通各向异性。为了从磁通图像中辨别这两种起源，本项目通过人工构建不同的费米面和能隙结构，理论计算出对应的磁通图像，再通过对比分析，尝试获得两种因素对磁通图像带来的独有特征。我们发现在存在各向异性费米面时，磁通附近的准粒子流路径是直的；在存在各向异性能隙时，磁通附近的准粒子流路径是弯曲的。对于零能下的磁通图像，在存在各向异性费米面时，磁通束缚态在费米面曲率极小值方向更强；在存在各向异性能隙时，磁通束缚态仅在远离磁通中心处在能隙极小值方向更强，而在靠近磁通中心处，在能隙极大值方向更强。我们的研究给出了从磁通图像推断出能隙结构或费米面结构的线索，并能帮助判断能隙极小值的方向。